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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】P2024137851
(43)【公開日】2024-10-07
(54)【発明の名称】イメージセンサ
(51)【国際特許分類】
H01L 27/146 20060101AFI20240927BHJP
【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 2024043553
(22)【出願日】2024-03-19
(31)【優先権主張番号】10-2023-0037536
(32)【優先日】2023-03-22
(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】100229448
【弁理士】
【氏名又は名称】中槇 利明
(72)【発明者】
【氏名】金 廷▲ひょん▼
(72)【発明者】
【氏名】朴 鐘勳
(72)【発明者】
【氏名】李 允基
【テーマコード（参考）】
4M118
【Ｆターム（参考）】
4M118AA05
4M118AB01
4M118BA14
4M118CA22
4M118DD04
4M118FA27
4M118GC08
4M118GC09
4M118GD07
(57)【要約】 （修正有）
【課題】フォトダイオードにおける電荷量のセンシング正確度を向上させるイメージセンサを提供する。
【解決手段】イメージセンサ１００は、２×２構造により共有ピクセルＳＰＸを構成する４個の単位ピクセルＰＤ１～ＰＤ４及び該単位ピクセルを互いに分離するＤＴＩ（ｄｅｅｐ ｔｒｅｎｃｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）１２０構造を含む。ＤＴＩ構造は、共有ピクセルの内部に配置された内部ＤＴＩ１２０ｉｎ構造及び共有ピクセルを取り囲む外部ＤＴＩ１２０ｏｕｔ構造を具備する。内部ＤＴＩ構造は、共有ピクセルの中心を通過し、第１方向又は第１方向に垂直な第２方向に延長される第１ＤＴＩ１２０－１構造及び第１ＤＴＩ構造が延長される方向に垂直な方向に、共有ピクセルの中心に延長される第２ＤＴＩ１２０－２構造を具備し、第２ＤＴＩ構造が延長される方向で、第１ＤＴＩ構造と第２ＤＴＩ構造との間に、ＤＴＩセンターカット領域ＤＣＣＡが配置されている。
【選択図】図１Ｂ
【解決手段】イメージセンサ１００は、２×２構造により共有ピクセルＳＰＸを構成する４個の単位ピクセルＰＤ１～ＰＤ４及び該単位ピクセルを互いに分離するＤＴＩ（ｄｅｅｐ ｔｒｅｎｃｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）１２０構造を含む。ＤＴＩ構造は、共有ピクセルの内部に配置された内部ＤＴＩ１２０ｉｎ構造及び共有ピクセルを取り囲む外部ＤＴＩ１２０ｏｕｔ構造を具備する。内部ＤＴＩ構造は、共有ピクセルの中心を通過し、第１方向又は第１方向に垂直な第２方向に延長される第１ＤＴＩ１２０－１構造及び第１ＤＴＩ構造が延長される方向に垂直な方向に、共有ピクセルの中心に延長される第２ＤＴＩ１２０－２構造を具備し、第２ＤＴＩ構造が延長される方向で、第１ＤＴＩ構造と第２ＤＴＩ構造との間に、ＤＴＩセンターカット領域ＤＣＣＡが配置されている。
【選択図】図１Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
イメージセンサであって、
２×２構造により共有ピクセルを構成する４個の単位ピクセルと、
前記単位ピクセルを互いに分離するＤＴＩ（deep trench isolation）構造と、を含み、
前記ＤＴＩ構造は、
前記共有ピクセルの内部に配値された内部ＤＴＩ構造と、
前記共有ピクセルを取り囲む外部ＤＴＩ構造と、を具備し、
前記内部ＤＴＩ構造は、
前記共有ピクセルの中心を通過し、第１方向、または、前記第１方向に垂直な第２方向に延長される第１ＤＴＩ構造と、
前記第１ＤＴＩ構造が延長される方向に垂直な方向に、前記共有ピクセルの中心に延長される第２ＤＴＩ構造と、を具備し、
前記第２ＤＴＩ構造が延長される方向に、前記第１ＤＴＩ構造と前記第２ＤＴＩ構造との間に、ＤＴＩセンターカット（ＤＣＣ）領域が配値されている、
イメージセンサ。
２×２構造により共有ピクセルを構成する４個の単位ピクセルと、
前記単位ピクセルを互いに分離するＤＴＩ（deep trench isolation）構造と、を含み、
前記ＤＴＩ構造は、
前記共有ピクセルの内部に配値された内部ＤＴＩ構造と、
前記共有ピクセルを取り囲む外部ＤＴＩ構造と、を具備し、
前記内部ＤＴＩ構造は、
前記共有ピクセルの中心を通過し、第１方向、または、前記第１方向に垂直な第２方向に延長される第１ＤＴＩ構造と、
前記第１ＤＴＩ構造が延長される方向に垂直な方向に、前記共有ピクセルの中心に延長される第２ＤＴＩ構造と、を具備し、
前記第２ＤＴＩ構造が延長される方向に、前記第１ＤＴＩ構造と前記第２ＤＴＩ構造との間に、ＤＴＩセンターカット（ＤＣＣ）領域が配値されている、
イメージセンサ。
【請求項2】
前記第１ＤＴＩ構造は、前記共有ピクセルを、２個のピクセル対に分け、
前記第２ＤＴＩ構造は、前記ピクセル対を、２個の前記単位ピクセルに分け、
前記ピクセル対の２個の前記単位ピクセルは、前記共有ピクセルの中央部分において、前記ＤＣＣ領域を介して、互いに連結されている、
ことを特徴とする、請求項１に記載のイメージセンサ。
前記第２ＤＴＩ構造は、前記ピクセル対を、２個の前記単位ピクセルに分け、
前記ピクセル対の２個の前記単位ピクセルは、前記共有ピクセルの中央部分において、前記ＤＣＣ領域を介して、互いに連結されている、
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3】
前記イメージセンサは、さらに、
前記ＤＣＣ領域に配値されたフローティングディフュージョン（ＦＤ）領域、を含む、
ことを特徴とする、請求項２に記載のイメージセンサ。
前記ＤＣＣ領域に配値されたフローティングディフュージョン（ＦＤ）領域、を含む、
ことを特徴とする、請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項4】
前記イメージセンサは、さらに、
前記ＤＣＣ領域に隣接し、４個の前記単位ピクセルそれぞれに配値されたＦＤ領域、を含む、
ことを特徴とする、請求項２に記載のイメージセンサ。
前記ＤＣＣ領域に隣接し、４個の前記単位ピクセルそれぞれに配値されたＦＤ領域、を含む、
ことを特徴とする、請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項5】
前記共有ピクセルは、前記第１方向及び前記第２方向に沿って、二次元アレイ構造に多数個が配置され、
前記第１方向または前記第２方向に隣接する２個の前記共有ピクセルは、前記外部ＤＴＩ構造によって互いに分離され、
前記第１方向または前記第２方向に隣接する２個の前記共有ピクセルの前記内部ＤＴＩ構造は、互いに同一構造を有するか、あるいは、互いに対して９０°回転された構造を有する、
ことを特徴とする、請求項１に記載のイメージセンサ。
前記第１方向または前記第２方向に隣接する２個の前記共有ピクセルは、前記外部ＤＴＩ構造によって互いに分離され、
前記第１方向または前記第２方向に隣接する２個の前記共有ピクセルの前記内部ＤＴＩ構造は、互いに同一構造を有するか、あるいは、互いに対して９０°回転された構造を有する、
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6】
前記第１方向または前記第２方向に隣接する２個の前記共有ピクセルの前記内部ＤＴＩ構造は、互いに同一構造を有し、
前記第１ＤＴＩ構造は、前記第１方向に延長され、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、
前記第１方向に隣接する２個の前記共有ピクセルの前記第１ＤＴＩ構造は、互いに連結され、
前記第２方向に隣接する２個の前記共有ピクセルの前記第２ＤＴＩ構造は、互いに連結されている、
ことを特徴とする、請求項５に記載のイメージセンサ。
前記第１ＤＴＩ構造は、前記第１方向に延長され、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、
前記第１方向に隣接する２個の前記共有ピクセルの前記第１ＤＴＩ構造は、互いに連結され、
前記第２方向に隣接する２個の前記共有ピクセルの前記第２ＤＴＩ構造は、互いに連結されている、
ことを特徴とする、請求項５に記載のイメージセンサ。
【請求項7】
前記第１方向または前記第２方向に隣接する２個の前記共有ピクセルの前記内部ＤＴＩ構造は、互いに対して９０°回転された構造を有し、
前記第１方向に隣接する２個の前記共有ピクセルは、第１共有ピクセルおよび第２共有ピクセルを含み、
前記第１共有ピクセルにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第１方向に延長され、かつ、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長されており、
前記第２共有ピクセルにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、かつ、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長されており、
前記第２方向に隣接する２個の前記共有ピクセルは、前記第１共有ピクセルおよび第３共有ピクセルを含み、
前記第３共有ピクセルにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、かつ、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長されている、
ことを特徴とする、請求項５に記載のイメージセンサ。
前記第１方向に隣接する２個の前記共有ピクセルは、第１共有ピクセルおよび第２共有ピクセルを含み、
前記第１共有ピクセルにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第１方向に延長され、かつ、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長されており、
前記第２共有ピクセルにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、かつ、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長されており、
前記第２方向に隣接する２個の前記共有ピクセルは、前記第１共有ピクセルおよび第３共有ピクセルを含み、
前記第３共有ピクセルにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、かつ、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長されている、
ことを特徴とする、請求項５に記載のイメージセンサ。
【請求項8】
２×２構造の４個の前記共有ピクセルは、繰り返し構造を構成し、
前記第１方向に隣接する２個の前記繰り返し構造は、第１繰り返し構造および第２繰り返し構造を含み、
前記第１繰り返し構造の４個の前記共有ピクセルそれぞれにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第１方向に延長され、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、
前記第２繰り返し構造の４個の前記共有ピクセルそれぞれにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、
前記第２方向に隣接する２個の前記繰り返し構造は、前記第１繰り返し構造および第３繰り返し構造を含み、
前記第３繰り返し構造の４個の前記共有ピクセルそれぞれにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長される、
ことを特徴とする、請求項５に記載のイメージセンサ。
前記第１方向に隣接する２個の前記繰り返し構造は、第１繰り返し構造および第２繰り返し構造を含み、
前記第１繰り返し構造の４個の前記共有ピクセルそれぞれにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第１方向に延長され、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、
前記第２繰り返し構造の４個の前記共有ピクセルそれぞれにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、
前記第２方向に隣接する２個の前記繰り返し構造は、前記第１繰り返し構造および第３繰り返し構造を含み、
前記第３繰り返し構造の４個の前記共有ピクセルそれぞれにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長される、
ことを特徴とする、請求項５に記載のイメージセンサ。
【請求項9】
前記イメージセンサは、さらに、
前記単位ピクセル当たり１枚配置されるか、あるいは、前記共有ピクセル当たり１枚配置される、マイクロレンズを含む、
ことを特徴とする、請求項１に記載のイメージセンサ。
前記単位ピクセル当たり１枚配置されるか、あるいは、前記共有ピクセル当たり１枚配置される、マイクロレンズを含む、
ことを特徴とする、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項10】
前記ＤＴＩ構造は、ＦＤＴＩ（front side ＤＴＩ）構造またはＢＤＴＩ（back side ＤＴＩ）構造を有する、
ことを特徴とする、請求項１に記載のイメージセンサ。
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】
前記イメージセンサは、さらに、カラーフィルタを含み、
前記カラーフィルタは、ベイヤー、テトラまたはテトラ二乗のパターンに配置され、
前記カラーフィルタは、１個のレッド（Ｒ）フィルタ、２個のグリーン（Ｇ）フィルタ、及び、１個のブルー（Ｂ）フィルタを基盤とするか、あるいは、１個のレッドフィルタ、１個のグリーンフィルタ、１個のブルーフィルタ、及び、１個のホワイト（Ｗ）フィルタを基盤とする、
ことを特徴とする、請求項１に記載のイメージセンサ。
前記カラーフィルタは、ベイヤー、テトラまたはテトラ二乗のパターンに配置され、
前記カラーフィルタは、１個のレッド（Ｒ）フィルタ、２個のグリーン（Ｇ）フィルタ、及び、１個のブルー（Ｂ）フィルタを基盤とするか、あるいは、１個のレッドフィルタ、１個のグリーンフィルタ、１個のブルーフィルタ、及び、１個のホワイト（Ｗ）フィルタを基盤とする、
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12】
前記ＤＣＣ領域の幅は、前記第２ＤＴＩ構造が延長される方向に、前記単位ピクセルの幅の１０％ないし９０％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。
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13】
イメージセンサであって、
それぞれフォトダイオード（ＰＤ）を具備し、２×２構造により共有ピクセルを構成する４個の単位ピクセルと、
前記単位ピクセルを互いに分離するＤＴＩ（deep trench isolation）構造と、
前記共有ピクセル内に配置された少なくとも２個のフローティングディフュージョン（ＦＤ）領域と、
前記単位ピクセルそれぞれに配置され、前記少なくとも２個のフローティングディフュージョン（ＦＤ）領域のうちいずれか一つに隣接して配置された伝送ゲート（ＴＧ）と、
前記単位ピクセルのうち少なくとも一つに配置され、前記共有ピクセルの外郭部分に配置されたリセットゲート（ＲＧ）と、
前記リセットゲート（ＲＧ）に隣接し、前記単位ピクセルのうち少なくとも一つに配置され、前記共有ピクセルの外郭部分に配置されたソースフォロワゲート（ＳＦ）と、を含み、
前記ＤＴＩ構造は、前記共有ピクセルの中心を通過し、第１方向、または、前記第１方向に垂直な第２方向に延長される第１ＤＴＩ構造、および、前記第１ＤＴＩ構造が延長される方向に垂直な方向に、前記共有ピクセルの中心に延長される第２ＤＴＩ構造、を具備し、
前記第２ＤＴＩ構造が延長される方向に、前記第１ＤＴＩ構造と前記第２ＤＴＩ構造との間に、ＤＴＩセンターカット（ＤＣＣ）領域が配置されている、
イメージセンサ。
それぞれフォトダイオード（ＰＤ）を具備し、２×２構造により共有ピクセルを構成する４個の単位ピクセルと、
前記単位ピクセルを互いに分離するＤＴＩ（deep trench isolation）構造と、
前記共有ピクセル内に配置された少なくとも２個のフローティングディフュージョン（ＦＤ）領域と、
前記単位ピクセルそれぞれに配置され、前記少なくとも２個のフローティングディフュージョン（ＦＤ）領域のうちいずれか一つに隣接して配置された伝送ゲート（ＴＧ）と、
前記単位ピクセルのうち少なくとも一つに配置され、前記共有ピクセルの外郭部分に配置されたリセットゲート（ＲＧ）と、
前記リセットゲート（ＲＧ）に隣接し、前記単位ピクセルのうち少なくとも一つに配置され、前記共有ピクセルの外郭部分に配置されたソースフォロワゲート（ＳＦ）と、を含み、
前記ＤＴＩ構造は、前記共有ピクセルの中心を通過し、第１方向、または、前記第１方向に垂直な第２方向に延長される第１ＤＴＩ構造、および、前記第１ＤＴＩ構造が延長される方向に垂直な方向に、前記共有ピクセルの中心に延長される第２ＤＴＩ構造、を具備し、
前記第２ＤＴＩ構造が延長される方向に、前記第１ＤＴＩ構造と前記第２ＤＴＩ構造との間に、ＤＴＩセンターカット（ＤＣＣ）領域が配置されている、
イメージセンサ。
【請求項14】
前記第１ＤＴＩ構造は、前記共有ピクセルを、２個のピクセル対に分け、
前記第２ＤＴＩ構造は、前記ピクセル対を、２個の前記単位ピクセルに分け、
前記ピクセル対の２個の前記単位ピクセルは、前記ＤＣＣ領域によって、前記共有ピクセルの中央部分で互いに連結されており、
前記フローティングディフュージョン（ＦＤ）領域は、
２個の前記ピクセル対それぞれの前記ＤＣＣ領域に配置されるか、あるいは、
前記ＤＣＣ領域に隣接し、前記単位ピクセルそれぞれに配置されている、
ことを特徴とする、請求項１３に記載のイメージセンサ。
前記第２ＤＴＩ構造は、前記ピクセル対を、２個の前記単位ピクセルに分け、
前記ピクセル対の２個の前記単位ピクセルは、前記ＤＣＣ領域によって、前記共有ピクセルの中央部分で互いに連結されており、
前記フローティングディフュージョン（ＦＤ）領域は、
２個の前記ピクセル対それぞれの前記ＤＣＣ領域に配置されるか、あるいは、
前記ＤＣＣ領域に隣接し、前記単位ピクセルそれぞれに配置されている、
ことを特徴とする、請求項１３に記載のイメージセンサ。
【請求項15】
前記共有ピクセルは、前記第１方向及び前記第２方向に沿って二次元アレイ構造に多数個が配置され、
前記第１方向または前記第２方向に隣接する２個の前記共有ピクセルは、前記ＤＴＩ構造によって互いに分離され、
前記第１方向または前記第２方向に隣接する２個の前記共有ピクセルの前記ＤＴＩ構造は、互いに同一構造を有するか、あるいは、互いに対して９０°回転された構造を有する、
ことを特徴とする、請求項１３に記載のイメージセンサ。
前記第１方向または前記第２方向に隣接する２個の前記共有ピクセルは、前記ＤＴＩ構造によって互いに分離され、
前記第１方向または前記第２方向に隣接する２個の前記共有ピクセルの前記ＤＴＩ構造は、互いに同一構造を有するか、あるいは、互いに対して９０°回転された構造を有する、
ことを特徴とする、請求項１３に記載のイメージセンサ。
【請求項16】
２×２構造の４個の前記共有ピクセルは、繰り返し構造を構成し、
前記第１方向に隣接する２個の前記繰り返し構造は、第１繰り返し構造および第２繰り返し構造を含み、
前記第１繰り返し構造の４個の前記共有ピクセルそれぞれにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第１方向に延長され、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、
前記第２繰り返し構造の４個の前記共有ピクセルそれぞれにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、
前記第２方向に隣接する２個の前記繰り返し構造は、前記第１繰り返し構造および第３繰り返し構造を含み、
前記第３繰り返し構造の４個の前記共有ピクセルそれぞれにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長されている、
ことを特徴とする、請求項１５に記載のイメージセンサ。
前記第１方向に隣接する２個の前記繰り返し構造は、第１繰り返し構造および第２繰り返し構造を含み、
前記第１繰り返し構造の４個の前記共有ピクセルそれぞれにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第１方向に延長され、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、
前記第２繰り返し構造の４個の前記共有ピクセルそれぞれにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、
前記第２方向に隣接する２個の前記繰り返し構造は、前記第１繰り返し構造および第３繰り返し構造を含み、
前記第３繰り返し構造の４個の前記共有ピクセルそれぞれにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長されている、
ことを特徴とする、請求項１５に記載のイメージセンサ。
【請求項17】
２×２構造により共有ピクセルを構成する４個の単位ピクセルと、
前記単位ピクセルを互いに分離するＤＴＩ（deep trench isolation）構造と、
前記共有ピクセル内に配置された少なくとも２個のフローティングディフュージョン（ＦＤ）領域と、
前記単位ピクセルそれぞれに配置され、前記少なくとも２個のフローティングディフュージョン（ＦＤ）領域のうちいずれか一つに隣接して配置された伝送ゲート（ＴＧ）と、を含み、
前記ＤＴＩ構造は、前記共有ピクセルの中心を通過し、第１方向、または、前記第１方向に垂直な第２方向に延長され、前記共有ピクセルを、２個のピクセル対に分ける第１ＤＴＩ構造、および、前記第１ＤＴＩ構造が延長される方向に垂直な方向に、前記共有ピクセルの中心に延長され、前記ピクセル対を、２個の前記単位ピクセルに分ける第２ＤＴＩ構造、を具備し、
前記第２ＤＴＩ構造が延長される方向に、前記第１ＤＴＩ構造と前記第２ＤＴＩ構造との間に、ＤＴＩセンターカット（ＤＣＣ）領域が配置されている、
イメージセンサ。
前記単位ピクセルを互いに分離するＤＴＩ（deep trench isolation）構造と、
前記共有ピクセル内に配置された少なくとも２個のフローティングディフュージョン（ＦＤ）領域と、
前記単位ピクセルそれぞれに配置され、前記少なくとも２個のフローティングディフュージョン（ＦＤ）領域のうちいずれか一つに隣接して配置された伝送ゲート（ＴＧ）と、を含み、
前記ＤＴＩ構造は、前記共有ピクセルの中心を通過し、第１方向、または、前記第１方向に垂直な第２方向に延長され、前記共有ピクセルを、２個のピクセル対に分ける第１ＤＴＩ構造、および、前記第１ＤＴＩ構造が延長される方向に垂直な方向に、前記共有ピクセルの中心に延長され、前記ピクセル対を、２個の前記単位ピクセルに分ける第２ＤＴＩ構造、を具備し、
前記第２ＤＴＩ構造が延長される方向に、前記第１ＤＴＩ構造と前記第２ＤＴＩ構造との間に、ＤＴＩセンターカット（ＤＣＣ）領域が配置されている、
イメージセンサ。
【請求項18】
前記ピクセル対の２個の前記単位ピクセルは、前記共有ピクセルの中央部分において、前記ＤＣＣ領域を介して互いに連結され、
前記フローティングディフュージョン（ＦＤ）領域は、
２個の前記ピクセル対それぞれの前記ＤＣＣ領域に配置されるか、あるいは、
前記ＤＣＣ領域に隣接し、前記単位ピクセルそれぞれに配置されている、
ことを特徴とする、請求項１７に記載のイメージセンサ。
前記フローティングディフュージョン（ＦＤ）領域は、
２個の前記ピクセル対それぞれの前記ＤＣＣ領域に配置されるか、あるいは、
前記ＤＣＣ領域に隣接し、前記単位ピクセルそれぞれに配置されている、
ことを特徴とする、請求項１７に記載のイメージセンサ。
【請求項19】
前記共有ピクセルは、前記第１方向及び前記第２方向に沿って二次元アレイ構造に多数個が配置され、
前記第１方向または前記第２方向に隣接する２個の前記共有ピクセルは、前記ＤＴＩ構造によって互いに分離され、
前記第１方向または前記第２方向に隣接する２個の前記共有ピクセルの前記ＤＴＩ構造は、互いに同一構造を有するか、あるいは、互いに対して９０°回転された構造を有する、
ことを特徴とする、請求項１７に記載のイメージセンサ。
前記第１方向または前記第２方向に隣接する２個の前記共有ピクセルは、前記ＤＴＩ構造によって互いに分離され、
前記第１方向または前記第２方向に隣接する２個の前記共有ピクセルの前記ＤＴＩ構造は、互いに同一構造を有するか、あるいは、互いに対して９０°回転された構造を有する、
ことを特徴とする、請求項１７に記載のイメージセンサ。
【請求項20】
２×２構造の４個の前記共有ピクセルは、繰り返し構造を構成し、
前記第１方向に隣接する２個の前記繰り返し構造は、第１繰り返し構造および第２繰り返し構造を含み、
前記第１繰り返し構造の４個の前記共有ピクセルそれぞれにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第１方向に延長され、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、
前記第２繰り返し構造の４個の前記共有ピクセルそれぞれにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、
前記第２方向に隣接する２個の前記繰り返し構造は、前記第１繰り返し構造および第３繰り返し構造を含み、
前記第３繰り返し構造の４個の前記共有ピクセルそれぞれにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長されている、
ことを特徴とする、請求項１９に記載のイメージセンサ。
前記第１方向に隣接する２個の前記繰り返し構造は、第１繰り返し構造および第２繰り返し構造を含み、
前記第１繰り返し構造の４個の前記共有ピクセルそれぞれにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第１方向に延長され、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、
前記第２繰り返し構造の４個の前記共有ピクセルそれぞれにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、
前記第２方向に隣接する２個の前記繰り返し構造は、前記第１繰り返し構造および第３繰り返し構造を含み、
前記第３繰り返し構造の４個の前記共有ピクセルそれぞれにおいて、前記第１ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長され、前記第２ＤＴＩ構造は、前記第２方向に延長されている、
ことを特徴とする、請求項１９に記載のイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、イメージセンサに関する。特には、共有ピクセル内に深いトレンチ分離（ＤＴＩ）構造を含む、イメージセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
イメージセンサは、複数個の単位ピクセルが二次元アレイ構造に配列されて構成される。一般的に、該単位ピクセルは、１つのフォトダイオード、および、複数のピクセルトランジスタによって、構成されうる。ここで、該ピクセルトランジスタは、例えば、伝送トランジスタ（transfer transistor）、リセットトランジスタ（reset transistor）、ソースフォロワトランジスタ（source follower transistor）、及び選択トランジスタ（selection transistor）を含むものでもある。最近、ピクセルサイズの微細化が進められることに従って、フォトダイオードの面積を広げるために、ピクセルトランジスタを複数のピクセルによって共有させた、いわゆる、共有ピクセル構造がイメージセンサに採用されている。そのような共有ピクセル構造において、それぞれのピクセルは、深いトレンチ分離（ＤＴＩ：deep trench isolation）構造によって互いに分離されうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明の技術的思想が解決しようとする課題は、光損失を最小化させながら、オーバーフロー経路（over flow path）を低減させた、イメージセンサを提供するところにある。
【0004】
また、本発明の技術的思想が解決しようとする課題は、以上で言及された課題に制限されるものではなく、他の課題は、以下の記載から、当業者にとっては明確に理解されうるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0005】
前記課題を解決するために、本発明の技術的思想は、２×２構造により共有ピクセル（shared pixel）を構成する４個の単位ピクセルと、前記単位ピクセルを互いに分離するＤＴＩ（deep trench isolation）構造と、を含み、前記ＤＴＩ構造は、前記共有ピクセルの内部に配置された内部ＤＴＩ構造と、前記共有ピクセルを取り囲む外部ＤＴＩ構造と、を具備し、前記内部ＤＴＩ構造は、前記共有ピクセルの中心を通過し、第１方向、または、前記第１方向に垂直な第２方向に延長される第１ＤＴＩ構造と、前記第１ＤＴＩ構造が延長される方向に垂直な方向に、前記共有ピクセルの中心に延長される第２ＤＴＩ構造と、を具備し、前記第２ＤＴＩ構造が延長される方向に、前記第１ＤＴＩ構造と前記第２ＤＴＩ構造との間に、ＤＴＩセンターカット（ＤＣＣ：ＤＴＩ center cut）領域が配置されている、イメージセンサを提供する。
【0006】
また、本発明の技術的思想は、前記課題を解決するために、それぞれフォトダイオード（ＰＤ：photo diode）を具備し、２×２構造により共有ピクセルを構成する４個の単位ピクセルと、前記単位ピクセルを互いに分離するＤＴＩ（deep trench isolation）構造と、前記共有ピクセル内に配置された少なくとも２個のフローティングディフュージョン（ＦＤ：floating diffusion）領域と、前記単位ピクセルそれぞれに配置され、前記少なくとも２個のフローティングディフュージョン（ＦＤ）領域のうちいずれか一つに隣接して配置された伝送ゲート（ＴＧ：transfer gate）と、前記単位ピクセルのうち少なくとも一つに配置され、前記共有ピクセルの外郭部分に配置されたリセットゲート（ＲＧ：reset gate）と、前記リセットゲート（ＲＧ）に隣接し、前記単位ピクセルのうち少なくとも一つに配置され、前記共有ピクセルの外郭部分に配置されたソースフォロワゲート（ＳＦ：source follower gate）と、を含み、前記ＤＴＩ構造は、前記共有ピクセルの中心を通過し、第１方向、または前記第１方向に垂直な第２方向に延長される第１ＤＴＩ構造、および、前記第１ＤＴＩ構造が延長される方向に垂直な方向に、前記共有ピクセルの中心に延長される第２ＤＴＩ構造、を具備し、前記第２ＤＴＩ構造が延長される方向に、前記第１ＤＴＩ構造と前記第２ＤＴＩ構造との間に、ＤＣＣ領域が配置されている、イメージセンサを提供する。
【0007】
さらには、本発明の技術的思想は、前記課題を解決するために、２×２構造により共有ピクセルを構成する４個の単位ピクセルと、前記単位ピクセルを互いに分離するＤＴＩ（deep trench isolation）構造と、前記共有ピクセル内に配置され少なくとも２個のフローティングディフュージョン（ＦＤ）領域と、前記単位ピクセルそれぞれに配置され、前記少なくとも２個のＦＤ領域のうちいずれか一つに隣接して配置された伝送ゲート（ＴＧ）と、を含み、前記ＤＴＩ構造は、前記共有ピクセルの中心を通過し、第１方向、または、前記第１方向に垂直な第２方向に延長され、前記共有ピクセルを、２個のピクセル対に分ける第１ＤＴＩ構造、および、前記第１ＤＴＩ構造が延長される方向に垂直な方向に、前記共有ピクセルの中心に延長され、前記ピクセル対を、２個の前記単位ピクセルに分ける第２ＤＴＩ構造、を具備し、前記第２ＤＴＩ構造が延長される方向に、前記第１ＤＴＩ構造と前記第２ＤＴＩ構造との間に、ＤＣＣ領域が配置されている、イメージセンサを提供する。
【発明の効果】
【0008】
本発明の技術的思想によるイメージセンサにおいて、２×２構造の共有ピクセル（shared pixel）は、ｘ方向またはｙ方向に延長される第１ＤＴＩ構造により、２個のピクセル対に完全に分離されうる。また、該ピクセル対それぞれは、第１ＤＴＩ構造の延長方向に垂直な方向に延長される第２ＤＴＩ構造により、２個の単位ピクセルに部分的に分離されうる。そのような第２ＤＴＩ構造に基づき、ピクセル対それぞれにおいて、隣接する単位ピクセルは、ＤＣＣ（ＤＩＴ center cut）領域を介して互いに連結された構造を有しうる。従って、本発明の技術的思想によるイメージセンサは、第１ＤＴＩ構造、第２ＤＴＩ構造、及びＤＣＣ領域に基づき、光損失を最小化させながらも、オーバーフロー経路を、２個のＰＤ間において縮小させ、フォトダイオード（ＰＤ）それぞれにおける電荷量のセンシング正確度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1A】本発明の一実施形態による、イメージセンサの共有ピクセルに対応する等価回路図である。
【図3】本発明の一実施形態による、イメージセンサの共有ピクセルに係る平面図である。
【図8】本発明の一実施形態による、イメージセンサ全体に係るブロック構造図である。
【図9】本発明の一実施形態による、イメージセンサを含む電子装置に係るブロック構造図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下においては、添付図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明される。図面上の同一構成要素については、同一参照符号を使用し、それらに係わる重複説明は、省略される。
【0011】
【0012】
図１Ａ及び図１Ｂを参照すれば、本実施形態のイメージセンサ１００は、基板上に、二次元アレイ構造に配置された多数の共有ピクセル（shared pixel）ＳＰＸを含むものでもある。共有ピクセルＳＰＸは、２×２構造に配置された４個の単位ピクセルを含むものでもある。例えば、４個の単位ピクセルは、第１単位ピクセルＰＸ１ないし第４単位ピクセルＰＸ４を含むものでもある。
【0013】
単位ピクセルは、ＤＴＩ（deep trench isolation）構造１２０を介して、互いに分離されうる。また、該単位ピクセルそれぞれの内部には、フォトダイオード（ＰＤ）が配置されうる。例えば、第１単位ピクセルＰＸ１に、第１ＰＤ ＰＤ１が配置され、第２単位ピクセルＰＸ２に、第２ＰＤ ＰＤ２が配置され、第３単位ピクセルＰＸ３に、第３ＰＤ ＰＤ３が配置され、第４単位ピクセルＰＸ４に、第４ＰＤ ＰＤ４が配置されうる。図１Ｂに図示されているように、単位ピクセルそれぞれは、平面的に概ね四角形状を有しうる。それにより、該ＰＤも、それぞれ平面的に概ね四角形状を有しうる。しかしながら、該単位ピクセル及び該ＰＤの平面的形態は、四角形に限定されるものではない。
【0014】
なお、単位ピクセルとＰＤとを互いに厳密に区別するならば、該単位ピクセルは、ＰＤ、フローティングディフュージョン（ＦＤ）領域１６０の全部または一部、及び、ピクセルトランジスタのうち少なくとも一つを含む概念でもある。また、垂直的な構造において、ピクセルトランジスタは、基板１０１の表面部分に配置され、ＰＤは、基板１０１の内部に配置されうる。例えば、該ＰＤは、該ピクセルトランジスタの下部に配置されうる。ここで、該ピクセルトランジスタは、例えば、伝送トランジスタ、リセットトランジスタ、ソースフォロワトランジスタ、及び選択トランジスタを含むものでもある。なお、該伝送トランジスタの場合、垂直ゲート構造の伝送ゲートＴＧ（図２Ａ）を介して、ＰＤとＦＤ領域１６０とが連結されうる。平面的な形態とＤＴＩの分離構造との側面において、単位ピクセルとＰＤは、実質的に同一でもある。従って、以下において、特別に区別しない限り、該単位ピクセルと該ＰＤとは、同一の意味で使用される。さらには、一部単位ピクセル内に配置されたトランジスタのうち少なくとも一つは、ダミートランジスタであり、電気的に動作しないものである。ピクセルトランジスタについては、図２Ａないし図２Ｄの説明部分において、さらに詳細に説明される。
【0015】
ＤＴＩ構造１２０は、内部ＤＴＩ構造１２０inと外部ＤＴＩ構造１２０outとを含むものでもある。内部ＤＴＩ構造１２０inは、共有ピクセルＳＰＸの内部に配置され、単位ピクセルが互いに分離されうる。内部ＤＴＩ構造１２０inは、第１ＤＴＩ構造１２０－１および第２ＤＴＩ構造１２０－２を含むものでもある。
【0016】
第１ＤＴＩ構造１２０－１は、ｘ方向に延長され、共有ピクセルＳＰＸを、２個のピクセル対に分離しうる。例えば、該２個のピクセル対は、ｙ方向に上部に配置された第１ピクセル対ＰＸｐ１、および、ｙ方向に下部に配置された第２ピクセル対ＰＸｐ２、を含むものでもある。図１Ｂに図示されているように、第１ピクセル対ＰＸｐ１および第２ピクセル対ＰＸｐ２は、第１ＤＴＩ構造１２０－１によって完全に分離されうる。
【0017】
第２ＤＴＩ構造１２０－２は、ｙ方向に拡張され、ピクセル対それぞれを、２個の単位ピクセルに部分的に分離しうる。例えば、第２ＤＴＩ構造１２０－２は、第１ピクセル対ＰＸｐ１を、第１単位ピクセルＰＸ１および第２単位ピクセルＰＸ２で部分的に分離しうる。また、第２ＤＴＩ構造１２０－２は、第２ピクセル対ＰＸｐ２を、第３単位ピクセルＰＸ３および第４単位ピクセルＰＸ４に部分的に分離しうる。
【0018】
それにより、図１Ｂに図示されているように、共有ピクセルＳＰＸの中央部分において、ｙ方向に、第１ＤＴＩ構造１２０－１と第２ＤＴＩ構造１２０－２との間に、ＤＣＣ（ＤＴＩ center cut）領域ＤＣＣＡが配置されうる。ＤＣＣ領域ＤＣＣＡは、共有ピクセルＳＰＸの中央部分の第１ピクセル対ＰＸｐ１に配置された第１ ＤＣＣ領域ＤＣＣＡ１、および、共有ピクセルＳＰＸの中央部分の第２ピクセル対ＰＸｐ２に配置された第２ ＤＣＣ領域ＤＣＣＡ２、を含むものでもある。第１ピクセル対ＰＸｐ１の第１単位ピクセルＰＸ１および第２単位ピクセルＰＸ２は、第１ ＤＣＣ領域ＤＣＣＡ１を介して、互いに連結されうる。また、第２ピクセル対ＰＸｐ２の第３単位ピクセルＰＸ３および第４単位ピクセルＰＸ４は、第２ ＤＣＣ領域ＤＣＣＡ２を介して、互いに連結されうる。
【0019】
ｙ方向にＤＣＣ領域ＤＣＣＡの幅は、単位ピクセルのサイズの１０％ないし９０％の範囲を有しうる。例えば、ｙ方向に、ＤＣＣ領域ＤＣＣＡは、第１幅Ｗ１を有しうる。単位ピクセルのサイズは、ｘ方向またはｙ方向における幅として定義されうる。単位ピクセルは、例えば、第２幅Ｗ２を有しうる。第１幅Ｗ１は、第２幅Ｗ２の１０％ないし９０％範囲を有しうる。
【0020】
本実施形態のイメージセンサ１００において、ＤＣＣ領域ＤＣＣＡは、共有ピクセルＳＰＸにおける光損失を最小化させながら、隣接する２個の単位ピクセル間に、オーバーフロー経路（over flow path）を提供しうる。参照として、一般的に、２×２構造の共有ピクセル構造の場合、ＤＤＣ領域なしに、「┼」形態にＤＴＩ構造が形成され、光は、共有ピクセルの中央部分にフォーカシングされうる。従って、「┼」形態のＤＴＩ構造により、共有ピクセルの中央部分において、光損失が大きく生じうる。それに反して、本実施形態のイメージセンサ１００においては、共有ピクセルＳＰＸの中央部分に、ＤＣＣ領域ＤＣＣＡが配置されることにより、ＤＣＣ領域ＤＣＣＡほど光損失が改善されうる。
【0021】
なお、４個の単位ピクセルがいずれも連結されるように、共有ピクセルの中央部分にＤＣＣ領域が配置された構造を考慮しうる。しかしながら、そのような構造の場合、４個のＰＤが互いに連結され、４個のＰＤ間のオーバーフロー経路が生じることになるので、ＰＤそれぞれにおいて生成された正確な電荷量をセンシングし難いという、イメージセンサ１００においては、第１ＤＴＩ構造１２０－１を介して、２個のピクセル対が互いに完全に分離されうる。また、第２ＤＴＩ構造１２０－２を介して、２個の単位ピクセルが部分分離され、隣接する２個の単位ピクセル間に、ＤＣＣ領域ＤＣＣＡが配置されうる。従って、本実施形態のイメージセンサ１００は、光損失を最小化させながら、オーバーフロー経路を、２個のＰＤ間で縮小しうる。従って、ＰＤそれぞれにおける電荷量のセンシング正確度を向上させることができる。
【0022】
外部ＤＴＩ構造１２０outは、共有ピクセルＳＰＸの外郭を取り囲む形態により、共有ピクセルＳＰＸの外部に配置されうる。外部ＤＴＩ構造１２０outは、ｘ方向及びｙ方向に隣接する共有ピクセルＳＰＸを互いに分離しうる。ＤＴＩの内部構造については、図２Ａないし図２Ｄの説明部分において、さらに詳細に説明される。
【0023】
共有ピクセルＳＰＸは、平面的に概ね四角形状を有しうる。しかしながら、共有ピクセルＳＰＸの平面的形態は、四角形に限定されるものではない。共有ピクセルＳＰＸのそれぞれの単位ピクセルに、マイクロレンズが配置されるか、あるいは、共有ピクセルＳＰＸ全体に、マイクロレンズが配置されうる。共有ピクセルＳＰＸおよびマイクロレンズの配置構造については、図６Ａ及び図６Ｂの説明部分において、さらに詳細に説明される。
【0024】
共有ピクセルＳＰＸには、１つのカラーフィルタが配置されもする。しかしながら、一実施形態により、共有ピクセルＳＰＸには、多数のカラーフィルタが配置されうる。また、共有ピクセルＳＰＸに、同一カラーフィルタのうち一部が配置されもする。共有ピクセルＳＰＸおよびカラーフィルタの配置構造については、図７Ａないし図７Ｄの説明部分において、さらに詳細に説明される。
【0025】
ＦＤ領域１６０は、共有ピクセルＳＰＸの中心部分のピクセル対それぞれのＤＣＣ領域ＤＣＣＡに配置されうる。例えば、第１ピクセル対ＰＸｐ１の第１ ＤＣＣ領域ＤＣＣＡ１に、第１ＦＤ領域１６０－１が配置され、第２ピクセル対ＰＸｐ２の第２ ＤＣＣ領域ＤＣＣＡ２に、第２ＦＤ領域１６０－２が配置されうる。第１ＦＤ領域１６０－１は、第１単位ピクセルＰＸ１の第１ＰＤ ＰＤ１と、第２単位ピクセルＰＸ２の第２ＰＤ ＰＤ２とによって共有され、第２ＦＤ領域１６０－２は、第３単位ピクセルＰＸ３の第３ＰＤ ＰＤ３と、第４単位ピクセルＰＸ４の第４ＰＤ ＰＤ４とによって共有されうる。言い替えれば、第１ＰＤ ＰＤ１および第２ＰＤ ＰＤ２において生成された電荷は、当該伝送トランジスタを経て、第１ＦＤ領域１６０－１に蓄積され、第３ＰＤ ＰＤ３および第４ＰＤ ＰＤ４において生成された電荷は、当該伝送トランジスタを経て、第２ＦＤ領域１６０－２に蓄積されうる。それにより、単位ピクセルそれぞれにおいて、ＰＤとＦＤ領域１６０との間に、伝送ゲートＴＧ（図２Ａ）が配置されうる。ＰＤ、伝送ゲートＴＧ、ＦＤ領域１６０の配置構造については、図２Ａないし図２Ｄの説明部分において、さらに詳細に説明される。
【0026】
図１Ａ及び図１Ｂにおいては、１つの共有ピクセルＳＰＸのみが図示されているが、本実施形態のイメージセンサ１００は、二次元アレイ構造に配置された多数の共有ピクセルＳＰＸを含むものでもある。すなわち、本実施形態のイメージセンサ１００において、共有ピクセルＳＰＸは、ｘ方向およびｙ方向に沿い、それぞれ複数個ずつ配置されうる。共有ピクセルＳＰＸの二次元アレイ構造については、図５Ａないし図５Ｃの説明部分において、さらに詳細に説明される。
【0027】
図１Ａの等価回路図に基づき、ＰＤ、ＦＤ領域１６０、及びピクセルトランジスタの間の連結関係について述べれば、４個のＰＤ ＰＤ１～ＰＤ４は、それぞれ対応する４個の伝送トランジスタ（ＴＸ）ＴＸ１～ＴＸ４のソース領域に連結されうる。伝送トランジスタＴＸ１～ＴＸ４それぞれのドレイン領域は、リセットトランジスタ（ＲＸ）のソース領域に連結されうる。リセットトランジスタ（ＲＸ）のソース領域は、ＦＤ領域１６０に該当しうる。結局、伝送トランジスタの共通ドレイン領域が、ＦＤ領域１６０に該当しうる。ＦＤ領域１６０は、ソースフォロワトランジスタ（ＳＦＸ）のソースフォロワゲートＳＦ（図２Ａ）に連結されうる。図１Ａから分かるように、リセットトランジスタ（ＲＸ）のドレイン領域と、ソースフォロワトランジスタ（ＳＦＸ）のドレイン領域とが電源電圧Ｖｐｉｘに連結されうる。また、ソースフォロワトランジスタ（ＳＦＸ）のソース領域と、選択トランジスタ（ＳＸ）のドレイン領域とが互いに連結されうる。なお、選択トランジスタ（ＳＸ）のソース領域には、出力ラインが連結され、選択トランジスタ（ＳＸ）のソース領域の電圧が、出力電圧Ｖｏｕｔとして出力されうる。
【0028】
図１Ｃを参照すれば、本実施形態のイメージセンサ１００ａは、共有ピクセルＳＰＸ’のＤＴＩ構造１２０’と、ピクセル対の形態とにおいて、図１Ｂのイメージセンサ１００と異なりうる。具体的には、本実施形態のイメージセンサ１００ａにおいて、共有ピクセルＳＰＸ’は、ＤＴＩ構造１２０’を含むものでもある。また、ＤＴＩ構造１２０’は、内部ＤＴＩ構造１２０in’および外部ＤＴＩ構造１２０outを含むものでもある。外部ＤＴＩ構造１２０outは、図１Ｂのイメージセンサ１００のＤＴＩ構造１２０の外部ＤＴＩ構造１２０outと実質的に同一でもある。
【0029】
内部ＤＴＩ構造１２０in’は、第１ＤＴＩ構造１２０－１’および第２ＤＴＩ構造１２０－２’を含むものでもある。第１ＤＴＩ構造１２０－１’は、ｙ方向に延長され、共有ピクセルＳＰＸ’を、２個のピクセル対に完全に分離しうる。例えば、第１ＤＴＩ構造１２０－１’を介して、共有ピクセルＳＰＸ’は、第１ピクセル対ＰＸｐ１’と第２ピクセル対ＰＸｐ２’とに完全に分離されうる。図１Ｃに図示されているように、第１ピクセル対ＰＸｐ１’は、第２単位ピクセルＰＸ２および第３単位ピクセルＰＸ３を含み、第２単位ピクセルＰＸ２と第３単位ピクセルＰＸ３との間に、第１ ＤＣＣ領域ＤＣＣＡ１’が配置されうる。また、第２ピクセル対ＰＸｐ２’は、第４単位ピクセルＰＸ４および第１単位ピクセルＰＸ１を含み、第４単位ピクセルＰＸ４と第１単位ピクセルＰＸ１との間に、第２ ＤＣＣ領域ＤＣＣＡ２’が配置されうる。
【0030】
第２ＤＴＩ構造１２０－２’は、ｘ方向に延長され、ピクセル対それぞれを、２個の単位ピクセルに部分的に分離しうる。例えば、第１ピクセル対ＰＸｐ１’の第２単位ピクセルＰＸ２および第３単位ピクセルＰＸ３は、第２ＤＴＩ構造１２０－２’を介して、部分的に分離され、第２ピクセル対ＰＸｐ２’の第４単位ピクセルＰＸ４および第１単位ピクセルＰＸ１は、第２ＤＴＩ構造１２０－２’を介して、部分的に分離されうる。ｘ方向に、第１ＤＴＩ構造１２０－１’と第２ＤＴＩ構造１２０－２’との間に、ＤＣＣ領域ＤＣＣＡ’が配置されうる。また、ＤＣＣ領域ＤＣＣＡ’には、ＦＤ領域１６０’が配置されうる。例えば、第１ ＤＣＣ領域ＤＣＣＡ１’に、第１ＦＤ領域１６０－１’が配置され、第２ ＤＣＣ領域ＤＣＣＡ２’に、第２ＦＤ領域１６０－２’が配置されうる。
【0031】
本実施形態のイメージセンサ１００ａの共有ピクセルＳＰＸ’は、図１Ｂのイメージセンサ１００の共有ピクセルＳＰＸが９０°回転された形態に対応しうる。それにより、ＤＴＩ構造１２０’の形態も、図１Ｂのイメージセンサ１００の共有ピクセルＳＰＸのＤＴＩ構造１２０が９０°回転された形態に対応しうる。具体的には、ＤＴＩ構造１２０’の内部ＤＴＩ構造１２０in’の形態は、ＤＴＩ構造１２０の内部ＤＴＩ構造１２０inが９０°回転された形態に対応しうる。それ以外に、ＤＣＣ領域ＤＣＣＡ’の幅や機能などについては、図１Ｂのイメージセンサ１００のＤＣＣ領域ＤＣＣＡについて説明された通りである。
【0032】
本実施形態のイメージセンサ１００，１００ａにおいて、２×２構造の共有ピクセルＳＰＸは、ｘ方向またはｙ方向に延長される第１ＤＴＩ構造１２０－１，１２０－１’により、２個のピクセル対に完全に分離されうる。また、ピクセル対それぞれは、第１ＤＴＩ構造１２０－１，１２０－１’の延長方向に垂直な方向に延長される第２ＤＴＩ構造１２０－２，１２０－２’により、２個の単位ピクセルに部分的に分離されうる。そのような第２ＤＴＩ構造１２０－２，１２０－２’に基づき、ピクセル対それぞれにおいて、隣接する単位ピクセルは、ＤＣＣ領域ＤＣＣＡ，ＤＣＣＡ’を介して、互いに連結された構造を有しうる。従って、本実施形態のイメージセンサ１００は、第１ＤＴＩ構造１２０－１，１２０－１’、第２ＤＴＩ構造１２０－２，１２０－２’、及びＤＣＣ領域ＤＣＣＡ，ＤＣＣＡ’に基づいて、光損失を最小化させながらも、オーバーフロー経路を、２個のＰＤ間において縮小させ、ＰＤそれぞれにおける電荷量のセンシング正確度を向上させることができる。
【0033】
図２Ａは、図１Ｂのイメージセンサの共有ピクセルをさらに詳細に示す平面図であり、図２Ｂ及び図２Ｃは、それぞれ図２ＡのＩ－Ｉ’部分を切断して示す断面図であり、図２Ｄは、図２ＡのＩＩ－ＩＩ’部分を切断して示す断面図である。
【0034】
図２Ａないし図２Ｄを参照すれば、本実施形態のイメージセンサ１００，１００ｂは、基板１０１、ＰＤ １１０、ＤＴＩ構造１２０または１２０ａ、ピクセルトランジスタ１３０，１４０，１５０、ＦＤ領域１６０、多重配線層１７０、カラーフィルタ１８０、及びマイクロレンズ１９０を含むものでもある。
【0035】
基板１０１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、Ｓｉ－Ｇｅのような半導体物質、または、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂのようなＩＩＩ－Ｖ族化合物を含むものでもある。なお、一部実施形態において、基板１０１の少なくとも一部は、ＳＯＩ（silicon-on-insulator）基板またはＧＯＩ（germanium-on-insulator）基板でもある。本実施形態のイメージセンサ１００，１００ｂにおいて、基板１０１は、例えば、Ｓｉ基板でもある。
【0036】
基板１０１内に、ＰＤ １１０が配置されうる。また、基板１０１の下面には、多重配線層１７０が配置され、基板１０１の上面には、カラーフィルタ１８０およびマイクロレンズ１９０が配置されうる。本実施形態のイメージセンサ１００，１００ｂにおいて、基板１０１の下面が前面ＦＳ（front side）に該当し、基板１０１の上面が背面ＢＳ（back side）に該当しうる。それにより、本実施形態のイメージセンサ１００，１００ｂは、光が背面ＢＳに入射されるＢＳＩ（back-side illumination）構造を有しうる。
【0037】
ＰＤ １１０は、基板１０１内に配置され、ＤＴＩ構造１２０または１２０ａによって分離されうる。ＤＴＩ構造１２０または１２０ａの平面的な形態については、図１Ｂ及び図１Ｃの説明部分において、説明された通りである。ＤＴＩ構造１２０または１２０ａの垂直構造と係わり、ＤＴＩ構造１２０または１２０ａは、前面ＤＴＩ構造１２０または背面ＤＴＩ構造１２０ａを有しうる。前面ＤＴＩ構造１２０とは、基板１０１の前面（ＦＳ）においてトレンチを形成した後で、トレンチをＤＴＩ物質で充填して形成した構造を言い、ＦＤＴＩ構造と言及されうる。それに反して、背面ＤＴＩ構造１２０は、基板１０１の背面（ＢＳ）においてトレンチを形成した後で、トレンチをＤＴＩ物質で充填して形成した構造を言い、ＢＤＴＩ構造と言及されうる。
【0038】
図２Ｂのイメージセンサ１００に図示されているように、前面ＤＴＩ構造１２０は、基板１０１を完全に貫通する構造を有しうる。例えば、前面ＤＴＩ構造１２０の場合、初期ＤＴＩ構造の形成後に、基板１０１の背面グラインディング工程において、ＤＴＩ構造の下面が露出されるようにすることにより、前面ＤＴＩ構造１２０は、基板１０１を完全に貫通することができる。それに反して、図２Ｃのイメージセンサ１００ｂに図示されているように、背面ＤＴＩ構造１２０ａは、基板１０１の一部だけ貫通する構造を有しうる。例えば、基板１０１の背面グラインディング工程後に、背面ＤＴＩ構造１２０ａが形成されるが、基板１０１の前面ＦＳ上の多重配線層１７０の損傷を考慮し、トレンチを形成する工程において、基板１０１の前面ＦＳ側のＳｉが所定厚に維持されるようにすることにより、背面ＤＴＩ構造１２０ａは、基板１０１を部分的に貫通しうる。しかしながら、一部実施形態において、背面ＤＴＩ構造１２０ａが、基板１０１を完全に貫通する構造を有することもできる。
【0039】
ＤＴＩ構造１２０，１２０ａは、図２Ｂおよび図２Ｃに図示されているように、内部導電層１２２，１２２ａおよび外部絶縁層１２４，１２４ａを含むものでもある。内部導電層１２２，１２２ａは、ＤＴＩ構造１２０，１２０ａの中心部分に配置され、ポリＳｉ、メタルのような導電物質を含むものでもある。外部絶縁層１２４，１２４ａは、内部導電層１２２，１２２ａを取り囲む構造を有し、内部導電層１２２，１２２ａを、基板１０１のＳｉと絶縁させることができる。例えば、外部絶縁層１２４，１２４ａは、ＳｉＯ２のような酸化膜、ＳｉＮｘのような窒化膜、酸窒化膜、または、ＨｆＯｘのような高誘電膜、のような絶縁物質を含むものでもある。しかしながら、外部絶縁層１２４，１２４ａの材質は、前述の物質に限定されるものではない。
【0040】
本実施形態のイメージセンサ１００，１００ａにおいて、ＤＴＩ構造１２０，１２０ａが、２種物質層を含む二重層構造を有しうる。しかしながら、本実施形態のイメージセンサにおいて、ＤＴＩ構造１２０，１２０ａの構造は、二重層構造に限定されるものではない。例えば、本実施形態のイメージセンサ１００，１００ａにおいて、ＤＴＩ構造１２０，１２０ａは、１種絶縁物質層の単一層構造を有するか、あるいは、３種以上の物質層を含む多重層構造を有しうる。
【0041】
ＦＤ領域１６０は、ｘ方向に隣接する２個の単位ピクセルの間、例えば、ＤＣＣ領域ＤＣＣＡに配置されうる。そのようなＦＤ領域１６０は、基板１０１の前面ＦＳのＳｉ部分に、不純物が高濃度にドーピングされて形成されうる。トランジスタの概念において、ＦＤ領域１６０は、伝送トランジスタ１３０のソース／ドレイン領域を構成しうる。すなわち、ＰＤ １１０とＦＤ領域１６０とが伝送トランジスタ１３０のソース／ドレイン領域を構成し、伝送ゲートＴＧのスイッチング作用を介して、ＰＤ １１０で生成された電荷が、ＦＤ領域１６０に伝達され、ＦＤ領域１６０に保存されうる。ＦＤ領域１６０は、配線１７２を介して、リセットトランジスタ１４０のソース／ドレイン領域と、ソースフォロワトランジスタ１５０のソースフォロワゲートＳＦとに連結されうる。ＦＤ領域１６０、リセットトランジスタ１４０、及びソースフォロワトランジスタ１５０の配線連結関係については、図４Ａ及び図４Ｂの説明部分において、さらに詳細に説明される。
【0042】
多重配線層１７０は、基板１０１の前面ＦＳ上に配置され、配線１７２、垂直ビア１７４、及び層間絶縁層１７６を含むものでもある。図示されているように、配線１７２は、多重層構造を有し、ｚ方向に隣接する配線１７２は、垂直ビア１７４を介して、互いに連結されうる。また、配線１７２は、垂直ビア１７４を介して、トランジスタのゲートおよびソース／ドレイン領域に連結されうる。図２Ｂ及び図２Ｃにおいて、配線１７２が垂直ビア１７４を介して、伝送トランジスタ１３０のゲートに連結された構造が図示されている。伝送トランジスタ１３０のゲート、すなわち、伝送ゲートＴＧは、一部分が、基板１０１の内部に挿入される垂直ゲート構造を有しうる。なお、層間絶縁層１７６は、窒化膜、酸化膜、または酸窒化膜などを含むものでもある。
【0043】
カラーフィルタ１８０は、基板１０１の背面ＢＳ上に配置されうる。図１Ｂおよび図１Ｃに図示されているように、１個の単位ピクセルに、１個のカラーフィルタ１８０が配置されうる。しかしながら、カラーフィルタ１８０の配置構造は、それに限定されるものではない。カラーフィルタ１８０の配置構造については、図７Ａないし図７Ｄの説明部分において、さらに詳細に説明される。
【0044】
マイクロレンズ１９０は、基板１０１の背面ＢＳのカラーフィルタ１８０上に配置されうる。図１Ｂおよび図１Ｃに図示されているように、１個の単位ピクセルに、１個のマイクロレンズ１９０が配置されうる。しかしながら、マイクロレンズ１９０の配置構造は、それに限定されるものではない。マイクロレンズ１９０の配置構造については、図６Ａ及び図６Ｂの説明部分において、さらに詳細に説明される。
【0045】
共有ピクセルＳＰＸは、ピクセルトランジスタを含むものでもある。ピクセルトランジスタは、例えば、伝送トランジスタ１３０、リセットトランジスタ１４０、ソースフォロワトランジスタ１５０、及び選択トランジスタを含むものでもある。図２Ａにおいて、伝送トランジスタ１３０の伝送ゲートＴＧ、リセットトランジスタ１４０のリセットゲートＲＧ、ソースフォロワトランジスタ１５０のソースフォロワゲートＳＦが、図示されている。リセットゲートＲＧ、および、その両側に配置された高濃度ドーピング領域が、リセットトランジスタ１４０を構成し、ソースフォロワゲートＳＦ、および、その両側に配置された高濃度ドーピング領域が、ソースフォロワトランジスタ１５０を構成しうる。
【0046】
図２Ａに図示されているように、単位ピクセルそれぞれには、リセットゲートＲＧまたはソースフォロワゲートＳＦ以外に、少なくとも１つのダミーゲート１４５が配置されうる。そのようなダミーゲート１４５は、多様な用途に使用されうる。例えば、本実施形態のイメージセンサ１００において、第３ピクセルＰＸ３の右側下端のダミーゲート１４５は、選択トランジスタ１４５Ｔを構成しうる。さらには、ダミーゲート１４５は、選択トランジスタ１４５Ｔの選択ゲートとしてだけではなく、イメージセンサ１００において、他の動作特性を具現するために利用されうる。例えば、ダミーゲート１４５は、共有ピクセルのデュアル変換利得（ＣＧ：conversion gain）やトリプルＣＧ具現のために利用されうる。ここで、該ＣＧは、ＰＤで生成された電荷がＦＤ領域に移されて、蓄積され、該電荷が電圧に変わる比率を意味しうる。また、ダミーゲート１４５は、ソースフォロワゲートＳＦを複数個により構成するときに、さらなるソースフォロワゲートＳＦとして利用されもする。
【0047】
本実施形態のイメージセンサ１００においては、４個の単位ピクセルが１つの共有ピクセルＳＰＸを構成しうる。それにより、共有ピクセルＳＰＸは、４個のＰＤ １１０が１つのＦＤ領域１６０を共有する構造を有しうる。ただし、本実施形態のイメージセンサ１００，１００ｂにおいては、第１ＤＴＩ構造１２２－１により、物理的に２個のＦＤ領域１６０が配置され、２個のＦＤ領域１６０が配線１７２を介して連結されることにより、電気的に１個のＦＤ領域１６０を構成しうる。共有ピクセルＳＰＸにおいて、４個のＰＤ １１０による１つのＦＤ領域１６０の共有は、図１Ａの等価回路図を介して知ることができるように、それぞれのＰＤ １１０に対応する伝送トランジスタ１３０を介して行われうる。
【0048】
なお、共有ピクセルＳＰＸにおける共有の概念は、４個のＰＤ １１０が、１つのＦＤ領域を共有するという意味だけではなく、４個のＰＤ １１０が、リセットトランジスタ１４０、ソースフォロワトランジスタ１５０、及び選択トランジスタを共有するという意味も含むものでもある。前述のように、選択トランジスタは、ソースフォロワトランジスタに隣接して配置されたダミーゲート１４５Ｔによって具現されうる。
【0049】
【0050】
図３を参照すれば、本実施形態のイメージセンサ１００ｃは、ＦＤ領域１６０ａの構造において、図１Ｂのイメージセンサ１００と異なりうる。具体的には、本実施形態のイメージセンサ１００ｃにおいて、ＦＤ領域１６０ａは、単位ピクセルＰＸ１～ＰＸ４それぞれに配置されうる。例えば、第１ＦＤ領域１６０ａ－１は、ＤＣＣ領域ＤＣＣＡに隣接し、第１単位ピクセルＰＸ１に配置され、第２ＦＤ領域１６０ａ－２は、ＤＣＣ領域ＤＣＣＡに隣接し、第２単位ピクセルＰＸ１２に配置され、第３ＦＤ領域１６０ａ－３は、ＤＣＣ領域ＤＣＣＡに隣接し、第３単位ピクセルＰＸ３に配置され、第４ＦＤ領域１６０ａ－４は、ＤＣＣ領域ＤＣＣＡに隣接し、第４単位ピクセルＰＸ４に配置されうる。それにより、第１単位ピクセルＰＸ１の第１ＰＤ ＰＤ１で生成された電荷は、当該伝送トランジスタを介して、第１ＦＤ領域１６０ａ－１に蓄積され、第２単位ピクセルＰＸ２の第２ＰＤ ＰＤ２で生成された電荷は、当該伝送トランジスタを介して、第２ＦＤ領域１６０ａ－２に蓄積され、第３単位ピクセルＰＸ３の第３ＰＤ ＰＤ３で生成された電荷は、当該伝送トランジスタを介して、第３ＦＤ領域１６０ａ－３に蓄積され、第４単位ピクセルＰＸ４の第４ＰＤ ＰＤ４で生成された電荷は、当該伝送トランジスタを介して、第４ＦＤ領域１６０ａ－４に蓄積されうる。
【0051】
なお、本実施形態のイメージセンサ１００ｃにおいては、共有ピクセルＳＰＸの概念に基づき、４個のＦＤ領域１６０ａ－１～１６０ａ－４は、配線１７２を介して、互いに連結され、リセットトランジスタ１４０およびソースフォロワトランジスタ１５０に連結されうる。ＦＤ領域１６０ａ、リセットトランジスタ１４０、及びソースフォロワトランジスタ１５０の配線連結関係については、図４Ａ及び図４Ｂの説明部分において、さらに詳細に説明される。
【0052】
【0053】
図４Ａを参照すれば、本実施形態のイメージセンサ１００において、共有ピクセルＳＰＸの中心部分の２個のＦＤ領域１６０は、配線１７２を介して、互いに連結されうる。また、２個のＦＤ領域１６０は、配線１７２を介して、リセットトランジスタ１４０のソース領域１４０ｓに連結され、ソースフォロワトランジスタ１５０のソースフォロワゲートＳＦに連結されうる。そのような連結関係は、図１Ａの回路図を介して知ることができる。参照として、図４Ａにおいて、ソース領域１４０ｓ内の×を含む四角は、コンタクトを示しうる。
【0054】
配線１７２を介して連結されることにより、リセットトランジスタ１４０のソース領域１４０ｓは、ＦＤ領域１６０と同電位をなしうる。また、ソースフォロワトランジスタ１５０のソースフォロワゲートＳＦも、ＦＤ領域１６０と同電位をなしうる。従って、ＦＤ領域１６０、リセットトランジスタ１４０のソース領域１４０ｓ、及びソースフォロワゲートＳＦは、いずれも同電位をなしうる。
【0055】
図４Ｂを参照すれば、本実施形態のイメージセンサ１００ｃにおいて、共有ピクセルＳＰＸの中心部分の４個のＦＤ領域１６０ａは、配線１７２を介して、互いに連結されうる。また、４個のＦＤ領域１６０ａは、配線１７２を介して、リセットトランジスタ１４０のソース領域１４０ｓに連結され、ソースフォロワトランジスタ１５０のソースフォロワゲートＳＦに連結されうる。
【0056】
以上、４個の単位ピクセルを共有する共有ピクセルＳＰＸの構造について説明してきた。しかしながら、本実施形態のイメージセンサの共有ピクセルが、４個の単位ピクセルを共有する構造に限定されるものではない。例えば、本実施形態のイメージセンサにおいて、該共有ピクセルは、２個の単位ピクセルを共有するか、あるいは、８個の単位ピクセルを共有することもできる。なお、該共有ピクセルが、２個の単位ピクセルを共有し、図１Ｂや図２Ｂの構造を有する場合、ピクセル対それぞれが、共有ピクセルを構成し、該ピクセル対それぞれの２個の単位ピクセルに、リセットトランジスタ、ソースフォロワトランジスタ、及び選択トランジスタが配置されうる。
【0057】
図５Ａないし図５Ｃは、図１Ｂまたは図１Ｃのイメージセンサの共有ピクセルが、二次元アレイ構造に配列された構造を示す平面図である。図１Ｂ及び図１Ｃを共に参照して説明されるが、図１Ａないし図４Ｂの説明部分においてすでに説明された内容は、簡単に説明されるか、あるいは、省略される。
【0058】
図５Ａを参照すれば、本実施形態のイメージセンサ１００は、二次元アレイ構造に配置された多数の第１共有ピクセルＳＰＸ１を含むものでもある。例えば、第１共有ピクセルＳＰＸ１は、ｘ方向とｙ方向とに沿い、多数個配置されうる。なお、ｘ方向に隣接する２個の第１共有ピクセルＳＰＸ１は、互いに同一構造を有しうる。また、ｙ方向に隣接する２個の第１共有ピクセルＳＰＸ１も、互いに同一構造を有しうる。
【0059】
本実施形態のイメージセンサ１００において、第１共有ピクセルＳＰＸ１は、図１Ｂの共有ピクセルＳＰＸ、または、図１Ｃの共有ピクセルＳＰＸ’と実質的に同一形態を有しうる。図５Ａには、図１Ｂの共有ピクセルＳＰＸの形態を有する第１共有ピクセルＳＰＸ１が図示されている。それにより、全ての第１共有ピクセルＳＰＸ１の第１ＤＴＩ構造１２０－１が、ｘ方向に延長される構造を有しうる。また、ｙ方向に隣接する第１共有ピクセルＳＰＸ１の第２ＤＴＩ構造１２０－２が、互いに対向する構造を有しうる。
【0060】
もし、第１共有ピクセルＳＰＸ１が、図１Ｃの共有ピクセルＳＰＸ’の形態を有する場合には、全ての第１共有ピクセルＳＰＸ１の第１ＤＴＩ構造１２０－１’が、ｙ方向に延長される構造を有しうる。また、ｘ方向に隣接する第１共有ピクセルＳＰＸ１の第２ＤＴＩ構造１２０－２’が、互いに対向する構造を有しうる。
【0061】
図５Ｂを参照すれば、本実施形態のイメージセンサ１００ｄは、二次元アレイ構造に配置された多数の第２共有ピクセルＳＰＸ２を含むものでもある。例えば、第１共有ピクセルＳＰＸ２は、ｘ方向とｙ方向とに沿い、多数個配置されうる。なお、ｘ方向に隣接する２個の第２共有ピクセルＳＰＸ２は、互いに異なる構造を有しうる。また、ｙ方向に隣接する２個の第２共有ピクセルＳＰＸ２も、互いに異なる構造を有しうる。例えば、第２共有ピクセルＳＰＸ２は、図１Ｂの共有ピクセルＳＰＸ、および、図１Ｃの共有ピクセルＳＰＸ’の２種形態を共に含むものでもある。また、多数の第２共有ピクセルＳＰＸ２は、ｘ方向に、図１Ｂの共有ピクセルＳＰＸと、図１Ｃの共有ピクセルＳＰＸ’とが互いに隣接し、ｙ方向に、図１Ｂの共有ピクセルＳＰＸと、図１Ｃの共有ピクセルＳＰＸ’とが互いに隣接して配置されうる。従って、ｘ方向に沿い、図１Ｂの共有ピクセルＳＰＸと、図１Ｃの共有ピクセルＳＰＸ’とが、代わる代わる配置され、また、ｙ方向に、図１Ｂの共有ピクセルＳＰＸと、図１Ｃの共有ピクセルＳＰＸ’とが、代わる代わる配置されうる。
【0062】
なお、図１Ｂの共有ピクセルＳＰＸと、図１Ｃの共有ピクセルＳＰＸ’とが互いに隣接して配置されることにより、ｘ方向に、図１Ｂの共有ピクセルＳＰＸの第１ＤＴＩ構造１２０－１が、図１Ｃの共有ピクセルＳＰＸ’の第２ＤＴＩ構造１２０－２’と対向しうる。また、ｙ方向に、図１Ｃの共有ピクセルＳＰＸ’の第１ＤＴＩ構造１２０－１’が、図１Ｂの共有ピクセルＳＰＸの第２ＤＴＩ構造１２０－２と対向しうる。
【0063】
図５Ｃを参照すれば、本実施形態のイメージセンサ１００ｅにおいて、４個の共有ピクセルＳＰＸ，ＳＰＸ’は、２×２構造の繰り返し構造ＲＰＸを構成しうる。繰り返し構造ＲＰＸは、第１繰り返し構造ＰＲＸ１および第２繰り返し構造ＰＲＸ２を含むものでもある。ｘ方向に沿い、第１繰り返し構造ＰＲＸ１と、第２繰り返し構造ＰＲＸ２とが、代わる代わる配置され、また、ｙ方向に沿い、第１繰り返し構造ＰＲＸ１と、第２繰り返し構造ＰＲＸ２とが、代わる代わる配置されうる。
【0064】
なお、第１繰り返し構造ＰＲＸ１および第２繰り返し構造ＰＲＸ２は、互いに異なる共有ピクセルを含むものでもある。例えば、第１繰り返し構造ＰＲＸ１は、４個の、図１Ｂの共有ピクセルＳＰＸを含み、第２繰り返し構造ＰＲＸ２は、４個の、図１Ｃの共有ピクセルＳＰＸ’を含むものでもある。
【0065】
一実施形態により、第１繰り返し構造ＰＲＸ１および第２繰り返し構造ＰＲＸ２は、それぞれ、２個の図１Ｂの共有ピクセルＳＰＸ、および、２個の図１Ｃの共有ピクセルＳＰＸ’を含みながら、互いに異なる構造を有することもできる。例えば、第１繰り返し構造ＰＲＸ１は、左側上側から時計回り方向に、図１Ｂの共有ピクセルＳＰＸ、図１Ｃの共有ピクセルＳＰＸ’、図１Ｂの共有ピクセルＳＰＸ、及び、図１Ｃの共有ピクセルＳＰＸ’が配置され、第２繰り返し構造ＰＲＸ２は、左側上側から時計回り方向に、図１Ｃの共有ピクセルＳＰＸ’、図１Ｂの共有ピクセルＳＰＸ、図１Ｃの共有ピクセルＳＰＸ’、及び、図１Ｂの共有ピクセルＳＰＸが配置されうる。
【0066】
本実施形態のイメージセンサにおいて、共有ピクセルの二次元アレイ構造が、前述の二次元アレイ構造に限定されるものではない。例えば、本実施形態のイメージセンサにおいて、図１Ｂの共有ピクセルＳＰＸと、図１Ｃの共有ピクセルＳＰＸ’との多様な組み合わせを介して、共有ピクセルに係わる多様な二次元アレイ構造が具現されうる。さらには、図１Ｂの共有ピクセルＳＰＸと、図１Ｃの共有ピクセルＳＰＸ’とのＦＤ領域１６０の配置構造に限定されるものではなく、図３の共有ピクセルＳＰＸのＦＤ領域１６０ａの配置構造も、適用されうる。
【0067】
図６Ａ及び図６Ｂは、図１Ｂのイメージセンサの共有ピクセルに配置されたマイクロレンズの構造を示す概念図である。図１Ｂを共に参照して説明されるが、図１Ａないし図５Ｃの説明部分においてすでに説明された内容は、簡単に説明されるか、あるいは、省略される。
【0068】
図６Ａを参照すれば、本実施形態のイメージセンサ１００において、マイクロレンズ１９０は、単位ピクセル１個当たり、１個ずつ配置されうる。例えば、第１単位ピクセルＰＸ１ないし第４単位ピクセルＰＸ４それぞれに、１枚のマイクロレンズ１９０が配置されうる。従って、図６Ａに図示されているように、本実施形態のイメージセンサ１００において、共有ピクセルＳＰＸ内に、４枚のマイクロレンズ１９０が配置されうる。
【0069】
図６Ｂを参照すれば、本実施形態のイメージセンサ１００ｆにおいて、マイクロレンズ１９０ａは、共有ピクセル１個当たり、１枚ずつ配置されうる。例えば、第１単位ピクセルＰＸ１ないし第４単位ピクセルＰＸ４の全体を覆う１枚のマイクロレンズ１９０ａが配置されうる。従って、図６Ｂに図示されているように、本実施形態のイメージセンサ１００において、共有ピクセルＳＰＸ内に、１枚のマイクロレンズ１９０ａが配置されうる。
【0070】
図７Ａないし図７Ｄは、図１Ｂまたは図１Ｃのイメージセンサの共有ピクセルに配置されたカラーフィルタの構造を示す概念図であり、説明の便宜のために、ＰＤ、ＤＴＩ構造及びＦＤ領域は、省略され、カラーフィルタだけ図示されている。
【0071】
図７Ａを参照すれば、本実施形態のイメージセンサ１００において、カラーフィルタ１８０は、共有ピクセルＳＰＸ内の単位ピクセル１個当たり、１個ずつ配置されうる。例えば、カラーフィルタ１８０は、ＲＧＧＢ基盤のベイヤー（Bayer）パターンに配置されうる。ここで、Ｒは、レッドカラーフィルタを意味し、Ｇは、グリーンカラーフィルタを意味し、Ｂは、ブルーカラーフィルタを意味しうる。それにより、ＲＧＧＢ基盤のベイヤーパターンは、図７Ａに図示されているように、ＲとＢとが対角に配置され、２個のＧが対角に配置されうる。例えば、第１単位ピクセルＰＸ１にＲが配置され、第２単位ピクセルＰＸ２にＧが配置され、第３単位ピクセルＰＸ３にＢが配置され、第４単位ピクセルＰＸ４にＧが配置されうる。
【0072】
図７Ｂを参照すれば、本実施形態のイメージセンサ１００ｇにおいて、カラーフィルタ１８０ａは、共有ピクセルＳＰＸａ内の単位ピクセル１個当たり、１個ずつ配置されうる。例えば、カラーフィルタ１８０ａは、ＲＧＢＷ基盤のベイヤーパターンに配置されうる。ここで、Ｗは、ホワイトカラーフィルタを意味しうる。それにより、ＲＧＢＷ基盤のベイヤーパターンは、図７Ｂに図示されているように、ＲとＢとが対角に配置され、ＧとＷとが対角に配置されうる。例えば、第１単位ピクセルＰＸ１にＲが配置され、第２単位ピクセルＰＸ２にＧが配置され、第３単位ピクセルＰＸ３にＢが配置され、第４単位ピクセルＰＸ４にＷが配置されうる。
【0073】
図７Ｃを参照すれば、本実施形態のイメージセンサ１００ｈにおいて、カラーフィルタ１８０ｂは、共有ピクセルＳＰＸｂ １個当たり、１個ずつ配置されうる。すなわち、１個のカラーフィルタ１８０ｂは、共有ピクセルＳＰＸｂ内の４個の単位ピクセルをいずれも覆うように配置されうる。例えば、カラーフィルタ１８０ｂは、ＲＧＧＢ基盤のテトラ（Tetra）パターンに配置されうる。それにより、ＲＧＧＢ基盤のテトラパターンは、図７Ｃに図示されているように、ＲとＢとが対角に配置され、２個のＧが対角に配置されうる。例えば、第１共有ピクセルＳＰＸｂ１にＲが配置され、第２共有ピクセルＳＰＸｂ２にＧが配置され、第３共有ピクセルＳＰＸｂ３にＢが配置され、第４共有ピクセルＳＰＸｂ４にＧが配置されうる。
【0074】
図７Ｄを参照すれば、本実施形態のイメージセンサ１００ｉにおいて、カラーフィルタ１８０ｃは、４個の共有ピクセルＳＰＸｃ １個当たり、１個ずつ配置されうる。すなわち、１個のカラーフィルタ１８０ｃは、４個の共有ピクセルＳＰＸｃ内の１６個の単位ピクセルをいずれも覆うように配置されうる。例えば、カラーフィルタ１８０ｃは、ＲＧＧＢ基盤のテトラ二乗のパターンに配置されうる。それにより、ＲＧＧＢ基盤のテトラ二乗のパターンは、図７Ｄに図示されているように、ＲとＢとが対角に配置され、２個のＧが対角に配置されうる。例えば、４個の第１共有ピクセルＳＰＸｃ１にＲが配置され、４個の第２共有ピクセルＳＰＸｃ２にＧが配置され、４個の第３共有ピクセルＳＰＸｃ３にＢが配置され、４個の第４共有ピクセルＳＰＸｃ４にＧが配置されうる。
【0075】
さらには、本実施形態のイメージセンサにおいて、カラーフィルタの配置構造は、前述の配置構造に限定されるものではない。例えば、本実施形態のイメージセンサにおいて、カラーフィルタは、ＲＧＢＷ基盤のテトラパターンや、ＲＧＢＷ基盤のテトラ二乗のパターンに配置されもする。
【0076】
図８は、本発明の一実施形態によるイメージセンサ全体に係わるブロック構造図である。図１Ａないし図１Ｃを共に参照するが、図１Ａないし図７Ｄの説明部分においてすでに説明された内容は、簡単に説明されるか、あるいは、省略される。
【0077】
図８を参照すれば、本実施形態のイメージセンサ１０００は、ピクセルアレイ１１００、タイミングコントローラ（Ｔ／Ｃ）１０１０、ロウデコーダ１０２０、及び出力回路（１０３０）を含むものでもある。本実施形態のイメージセンサ１０００は、例えば、ＣＣＤ（charge couple device）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）イメージセンサでもある。
【0078】
なお、本実施形態のイメージセンサ１０００は、図１Ｂ、図１Ｃ、図２Ｃ、図３、図５Ｂ、図５Ｃ、図６Ｂ、及び、図７ｂないし図７Ｄのイメージセンサ１００，１００ａ～１００ｉのうちいずれか一つでもある。それにより、ピクセルアレイ１１００は、複数のロウと、複数のカラムとに沿い、二次元アレイ構造に配列された複数の単位ピクセル及び／又は共有ピクセルＳＰＸを含むものでもある。ロウデコーダ１０２０は、タイミングコントローラ１０１０から出力されたロウアドレス信号に応答し、ピクセルアレイ１１００の複数のロウのうちいずれか１つのロウを選択しうる。出力回路１０３０は、選択されたロウに沿って配列された複数の単位ピクセル及び／又は共有ピクセルＳＰＸから、カラム単位でイメージ信号を出力しうる。出力回路１０３０は、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ（ＡＤＣ）を含むものでもある。例えば、出力回路１０３０は、カラムデコーダとピクセルアレイ１１００との間において、カラム別にそれぞれ配置された複数のアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ（ＡＤＣ）を含むか、あるいは、カラムデコーダの出力端に配置された１つのアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ（ＡＤＣ）を含むものでもある。一実施形態により、タイミングコントローラ１０１０、ロウデコーダ１０２０、及び出力回路１０３０は、１つのチップに具現されるか、あるいは、それぞれ別個のチップに具現されうる。
【0079】
本実施形態のイメージセンサ１０００において、共有ピクセルＳＰＸが第１ＤＴＩ構造１２０－１を介して、ピクセル対に完全に分離され、また、該ピクセル対が、第２ＤＴＩ構造１２０－２を介して、単位ピクセルに部分的に分離される構造を有しうる。そのような共有ピクセルＳＰＸの構造に基づき、本実施形態のイメージセンサ１０００は、光損失を最小化させながらも、隣接する２個の単位ピクセル間に、オーバーフロー経路を提供しうる。従って、ＰＤそれぞれにおける電荷量のセンシング正確度を向上させることができる。
【0080】
図９は、本発明の一実施形態によるイメージセンサを含む電子装置に係るブロック構造図である。図１Ａないし図１Ｃ、及び、図８を共に参照するが、図１Ａないし図８の説明部分においてすでに説明された内容は、簡単に説明されるか、あるいは、省略される。
【0081】
図９を参照すれば、本実施形態のイメージセンサを含む電子装置２０００（以下，簡単に「電子装置」とする）は、撮像部２１００、イメージセンサ１０００、及びプロセッサ（ＰＲＯ．）２２００を含むものでもある。電子装置２０００は、例えば、カメラでもある。撮像部２１００は、被写体ＯＢＪから反射された光を収束し、光学像（optical image）を形成しうる。撮像部２１００は、対物レンズ２０１０、レンズ駆動部（Ｌ－ＤＲ．）２１２０、絞り（ＩＲＩＳ）２１３０、及び絞り駆動部（Ｉ－ＤＲ．）２１４０を含むものでもある。図９において、便宜上、１枚のレンズだけが図示されているが、実際には、対物レンズ２０１０は、大きさと形態とがそれぞれ異なる複数のレンズを含むものでもある。一部実施形態において、電子装置２０００は、モバイル用カメラでもあるが、該モバイル用カメラにおいて、絞り２１３０及び絞り駆動部２１４０が省略されうる。
【0082】
レンズ駆動部２１２０は、プロセッサ２２００と、焦点検出に係わる情報を通信し、プロセッサ２２００から提供された制御信号により、対物レンズ２０１０の位置を調節しうる。レンズ駆動部２１２０は、対物レンズ２０１０を移動させ、対物レンズ２０１０と被写体ＯＢＪとの距離を調節するか、あるいは、対物レンズ２０１０内のそれぞれの個別レンズの位置を調節しうる。レンズ駆動部２１２０が対物レンズ２０１０を駆動させることにより、被写体ＯＢＪに対する焦点が調節されうる。また、レンズ駆動部２１２０は、焦点を合わせるために、オートフォーカスＡＦ情報を受け、対物レンズ２０１０内の個別レンズの位置を調節しうる。
【0083】
絞り駆動部２１４０は、プロセッサ２２００と、光量に係わる情報を通信し、プロセッサ２２００から提供された制御信号により、絞り２１３０を調節しうる。例えば、絞り駆動部２１４０は、対物レンズ２０１０を介して、電子装置２０００の内部に入ってくる光の量により、絞り２１３０の口径を増減させうる。また、絞り駆動部２１４０は、絞り２１３０の開放時間を調節しうる。
【0084】
イメージセンサ１０００は、入射される光の強度を基に、電気的なイメージ信号を生成しうる。イメージセンサ１０００は、例えば、図１Ｂ、図１Ｃ、図２Ｃ、図３、図５Ｂ、図５Ｃ、図６Ｂ、及び、図７ｂないし図７Ｄのイメージセンサ１００，１００ａ～１００ｉのうちいずれか一つでもある。また、イメージセンサ１０００は、図８のイメージセンサ１０００でもある。それにより、イメージセンサ１０００は、ピクセルアレイ（ＰＡ）１１００、タイミングコントローラ１０１０、及び出力回路（ＯＣ）１０３０を含むものでもある。また、図９に図示されていないが、イメージセンサ１０００は、ロウデコーダ１０２０を、さらに含むものでもある。
【0085】
プロセッサ２２００は、電子装置２０００の全般的な動作を制御し、映像処理機能を遂行しうる。例えば、プロセッサ２２００は、レンズ駆動部２１２０、絞り駆動部２１４０、タイミングコントローラ１０１０などに、各構成要素の動作のための制御信号を提供しうる。
【0086】
以上、本発明について、図面に図示された実施形態を参照にして説明してきたが、それらは、例示的なものに過ぎず、本技術分野の通常の知識を有する者であるならば、それらから、多様な変形、及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解するであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、添付された特許請求の範囲の技術的思想によって定められるものである。
【符号の説明】
【0087】
１００，１００ａ～１００ｉ，１０００ イメージセンサ
１０１ 基板
１１０ ＰＤ
１２０ ＤＴＩ
１３０ 伝送トランジスタ
１４０ リセットトランジスタ
１５０ ソースフォロワトランジスタ
１６０ ＦＤ領域
１７０ 多重配線層
１８０，１８０ａ～１８０ｃ カラーフィルタ
１９０，１９０ａ マイクロレンズ
１１００ ピクセルアレイ
１０１０ タイミングコントローラ
１０２０ ロウデコーダ
１０３０ 出力回路
２２００ プロセッサ
２０００ 電子装置
２０１０ 対物レンズ
２１２０ レンズ駆動部
２１００ 撮像部
２１３０ 絞り
２１４０ 絞り駆動部
１０１ 基板
１１０ ＰＤ
１２０ ＤＴＩ
１３０ 伝送トランジスタ
１４０ リセットトランジスタ
１５０ ソースフォロワトランジスタ
１６０ ＦＤ領域
１７０ 多重配線層
１８０，１８０ａ～１８０ｃ カラーフィルタ
１９０，１９０ａ マイクロレンズ
１１００ ピクセルアレイ
１０１０ タイミングコントローラ
１０２０ ロウデコーダ
１０３０ 出力回路
２２００ プロセッサ
２０００ 電子装置
２０１０ 対物レンズ
２１２０ レンズ駆動部
２１００ 撮像部
２１３０ 絞り
２１４０ 絞り駆動部
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図8】
【図9】