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特開2024-163042半導体装置及びこれを含むイメージセンサー
(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】P2024163042
(43)【公開日】2024-11-21
(54)【発明の名称】半導体装置及びこれを含むイメージセンサー
(51)【国際特許分類】
   H01L 27/146 20060101AFI20241114BHJP
   H01L 21/336 20060101ALI20241114BHJP
【FI】
H01L27/146 A
H01L29/78 301H
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2024073316
(22)【出願日】2024-04-30
(31)【優先権主張番号】10-2023-0059949
(32)【優先日】2023-05-09
(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】嚴 昌鎔
【テーマコード(参考)】
4M118
5F140
【Fターム(参考)】
4M118AA05
4M118AB01
4M118BA14
4M118CA04
4M118CA07
4M118CA40
4M118CB20
4M118DD04
4M118DD09
4M118FA06
4M118FA27
4M118FA28
4M118FA33
5F140AC28
5F140BA01
5F140BA02
5F140BA05
5F140BA06
5F140BA07
5F140BA18
5F140BB01
(57)【要約】
【課題】トランジスタのチャンネル面積の減少によるノイズを最小化できる半導体装置を提供する。
【解決手段】本発明は半導体装置を含むイメージセンサーに対するものである。本発明の実施形態による半導体装置は、ゲート電極、前記ゲート電極の下に配置され、第1方向から前記第1方向と交差する第2方向に延長されて曲がった形状を有する第1領域、前記第1領域の一端から延長される第1ソース-ドレイン領域、前記第1領域の他端から延長される第2ソース-ドレイン領域、及び前記第1領域の中で、前記第1ソース-ドレイン領域から前記第1方向に延びる仮想の第1直線と、前記第2ソース-ドレイン領域から前記第2方向の逆方向に延びる仮想の第2直線が交差する地点に形成される第3ソース-ドレイン領域を含み、前記第3ソース-ドレイン領域は、前記第1ソース-ドレイン領域と第1チャンネル領域を形成し、前記第2ソース-ドレイン領域と第2チャンネル領域を形成することができる。
【選択図】図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体装置において、
ゲート電極と、
前記ゲート電極の下に配置される第1領域であり、第1方向から前記第1方向と交差する第2方向に延長されて曲がった形状(bending shape)を有する第1領域と、
前記第1領域の一端から延長される第1ソース-ドレイン領域と、
前記第1領域の他端から延長される第2ソース-ドレイン領域と、
前記第1領域の中で、前記第1ソース-ドレイン領域から前記第1方向に延びる仮想の第1直線と、前記第2ソース-ドレイン領域から前記第2方向の逆方向に延びる仮想の第2直線が交差する地点に形成される第3ソース-ドレイン領域と、を含み、
前記第3ソース-ドレイン領域は、前記第1ソース-ドレイン領域と第1チャンネル領域を形成し、前記第2ソース-ドレイン領域と第2チャンネル領域を形成する半導体装置。
【請求項2】
前記第1ソース-ドレイン領域と前記第2ソース-ドレイン領域が電気的に連結されることによって、前記第1チャンネル領域と前記第2チャンネル領域が並列に連結される請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第1ソース-ドレイン領域は、前記第1領域の一端の幅と対応される第1幅を有し、
前記第2ソース-ドレイン領域は、前記第1領域の他端の幅と対応される第2幅を有し、
前記第3ソース-ドレイン領域は、前記第1幅及び前記第2幅より小さい第3幅を有する請求項1に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記第3ソース-ドレイン領域は、前記第1領域内で、前記第1領域の縁と離隔されるように形成される請求項3に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記第1領域の縁と隣接するように形成され、前記第1領域を電気的に絶縁(isolate)させるための素子分離パターンをさらに含み、
前記第1チャンネル領域及び前記第2チャンネル領域の中で少なくとも一部は、前記ゲート電極に電圧が印加されることに応答して、前記素子分離パターンと離隔されるように形成される請求項3に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記ゲート電極は、前記ゲート電極の上から見る時、前記第1領域の中で前記第1チャンネル領域及び前記第2チャンネル領域と重畳される領域に形成される請求項5に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記第1領域の前記第1チャンネル領域の中で少なくとも一部は、前記第1方向及び前記第2方向と垂直に前記ゲート電極に向かう第3方向に突出された第1突出部を含む請求項6に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記ゲート電極の中で少なくとも一部は、前記第1突出部の中で前記第3方向に向かう第1面、前記第1面から延長されて前記素子分離パターンに向かう第2面及び第3面を囲むように形成される請求項7に記載の半導体装置。
【請求項9】
イメージセンサーにおいて、
入射される光に反応して電荷を生成するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの出力に基づいて、前記入射される光に応じるソース-ドレイン電流を発生させる駆動トランジスタと、
前記フォトダイオードの出力を前記駆動トランジスタに伝達する転送トランジスタと、
前記駆動トランジスタをグラウンドと分離させる素子分離パターンと、を含み、
前記駆動トランジスタは、
ゲート電極と、
前記ゲート電極の下で、第1方向に形成される第1チャンネル領域と、
前記第1チャンネル領域の両端に形成される第1ソース-ドレイン領域及び第3ソース-ドレイン領域と、
前記第3ソース-ドレイン領域から前記第1方向と交差する第2方向に形成される第2チャンネル領域と、
前記第2チャンネル領域の他端に形成される第2ソース-ドレイン領域と、を含み、
前記第1チャンネル領域及び前記第2チャンネル領域の中で少なくとも一部は、前記素子分離パターンと離隔されるイメージセンサー。
【請求項10】
前記第3ソース-ドレイン領域は、前記第1ソース-ドレイン領域の第1幅及び前記第2ソース-ドレイン領域の第2幅より小さい第3幅を有する請求項9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ものである。
【背景技術】
【0002】
イメージセンサー(image sensor)は光学映像を電気信号に変換させる素子である。最近になって、コンピュータ産業と通信産業の発達につれてデジタルカメラ、ビデオカメラ、PCS(Personal Communication System)、ゲーム機器、警備用カメラ、医療用マイクロカメラ、ロボット等の様々な分野で性能が向上されたイメージセンサーの需要が増大されている。特に、スマートフォン、デジタルカメラ等の携帯用機器を含めて家電製品に搭載されるCMOSイメージセンサー(CIS(CMOS image sensor))に対する需要が増加している。
【0003】
CMOSイメージセンサーを構成するピクセルアレイ(pixel array)は各ピクセル毎に光電変換素子を含む。光電変換素子は入射される光の量に応じて可変される電気信号を生成し、CMOSイメージセンサーは生成された電気信号を処理して映像を合成することができる。最近高解像度イメージに対する要求に応じてCMOSイメージセンサーを構成するピクセルはより小型化されることが要求されている。
【0004】
但し、CMOSイメージセンサーに含まれる駆動トランジスタはチャンネルの面積が減少することによってノイズが増加する特性を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】米国特許11,088,085 B2号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の目的はトランジスタのチャンネル面積の減少によるノイズを最小化できる半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の実施形態による半導体装置は、ゲート電極、前記ゲート電極の下に配置され、第1方向から前記第1方向と交差する第2方向に延長されて曲がった形状(bending shape)を有する第1領域、前記第1領域の一端から延長される第1ソース-ドレイン領域、前記第1領域の他端から延長される第2ソース-ドレイン領域、及び前記第1領域の中で、前記第1ソース-ドレイン領域から前記第1方向に延びる仮想の第1直線と、前記第2ソース-ドレイン領域から前記第2方向の逆方向に延びる仮想の第2直線が交差する地点に形成される第3ソース-ドレイン領域を含み、前記第3ソース-ドレイン領域は、前記第1ソース-ドレイン領域と第1チャンネル領域を形成し、前記第2ソース-ドレイン領域と第2チャンネル領域を形成することができる。
【0008】
また、一実施形態による半導体装置は、ゲート電極、前記ゲート電極の下で、第1方向に形成される第1チャンネル領域、前記第1チャンネル領域の両端に形成される第1ソース-ドレイン領域及び第2ソース-ドレイン領域、前記第2ソース-ドレイン領域から前記第1方向と交差する第2方向に形成される第2チャンネル領域、前記第2チャンネル領域の他端に形成される第3ソース-ドレイン領域、前記第3ソース-ドレイン領域から前記第2方向に形成される第3チャンネル領域、前記第3チャンネル領域の他端に形成される第4ソース-ドレイン領域、前記第4ソース-ドレイン領域から前記第1方向の逆方向に形成される第4チャンネル領域、並びに前記第4チャンネル領域の他端に形成される第5ソース-ドレイン領域を含み、前記第2ソース-ドレイン領域、前記第3ソース-ドレイン領域、及び前記第4ソース-ドレイン領域は、前記第1ソース-ドレイン領域の第1幅及び前記第5ソース-ドレイン領域の第2幅より小さい第3幅を有することができる。
【0009】
また、一実施形態によるイメージセンサーは、入射される光に反応して電荷を生成するフォトダイオード、前記フォトダイオードの出力に基づいて、前記入射される光に応じるソース-ドレイン電流を発生させる駆動トランジスタ、前記フォトダイオードの出力を前記駆動トランジスタに伝達する転送トランジスタ、及び前記駆動トランジスタをグラウンドと分離させる素子分離パターンを含み、前記駆動トランジスタは、ゲート電極、前記ゲート電極の下で、第1方向に形成される第1チャンネル領域、前記第1チャンネル領域の両端に形成される第1ソース-ドレイン領域及び第3ソース-ドレイン領域、前記第3ソース-ドレイン領域から前記第1方向と交差する第2方向に形成される第2チャンネル領域、並びに前記第2チャンネル領域の他端に形成される第2ソース-ドレイン領域を含み、前記第1チャンネル領域及び前記第2チャンネル領域の中で少なくとも一部は前記素子分離パターンと離隔されることができる。
【発明の効果】
【0010】
本発明の実施形態による半導体装置はトランジスタのチャンネル面積の減少によるノイズを最小化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本発明の一実施形態によるイメージセンサーを図示するブロック図である。
図2図1のピクセルアレイに含まれた単位ピクセルを図示する回路図である。
図3図1のピクセルアレイに含まれた単位ピクセルに対するレイアウトを図示する。
図4】本発明の一実施形態による半導体装置200Aのレイアウトを図示する。
図5A図4の半導体装置をA-A’線に沿って切断した断面図である。
図5B図4の半導体装置を図示する回路図である。
図6A図4の半導体装置の中でゲート電極下のB領域を図示する平面図である。
図6B図4の半導体装置の中でゲート電極下のC領域を図示する平面図である。
図7】本発明の他の実施形態による半導体装置200Bのレイアウトを図示する。
図8A図7の半導体装置をb-b’線に沿って切断した断面図である。
図8B図7の半導体装置の中でゲート電極下のD領域を図示する平面図である。
図9】本発明の他の実施形態による半導体装置200Cのレイアウトを図示する。
図10A図9の半導体装置をa-a’線に沿って切断した断面図である。
図10B図9の半導体装置をD-D’線に沿って切断した断面図である。
図11A図9の半導体装置の中でゲート電極下のb領域を図示する平面図である。
図11B図9の半導体装置の中でゲート電極下のc領域を図示する平面図である。
図12】本発明のその他の実施形態による半導体装置200Dのレイアウトを図示する。
図13図12の半導体装置をc-c’線に沿って切断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下では、本発明の技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できる程度に、本発明の実施形態が明確かつ詳細に記載される。
【0013】
図1は本発明の実施形態によるイメージセンサーを図示するブロック図である。
【0014】
図1を参照すれば、イメージセンサー100はピクセルアレイ110、行デコーダー(Row-DEC)120、アナログ-デジタルコンバータ(ADC)130、出力バッファ140、そしてタイミングコントローラ150を含むことができる。
【0015】
一実施形態によるピクセルアレイ110は複数の単位ピクセル(Unit Pixel)112を含むことができる。複数の単位ピクセル112は、例えばマトリックス(matrix)形状に配列されることができる。
【0016】
また、ピクセルアレイ110は行デコーダー120から選択信号SEL、リセット信号RG、及び転送信号TGのようなセンサー駆動信号を受信することができる。ピクセルアレイ110は受信されたセンサー駆動信号の制御に応じて動作することができる。
【0017】
例えば、ピクセルアレイ110に含まれた各々の単位ピクセル112は光信号を電気信号に変換することができる。また、各々の単位ピクセル112によって生成された電気信号は複数のカラムラインCLmを通じてアナログ-デジタルコンバータ130に提供されることができる。
【0018】
この時、単位ピクセル112の各々は屈曲形状を有する領域を通じて具現される駆動トランジスタを含むことができる。このような構成を通じて、本発明によるイメージセンサー100は駆動トランジスタのチャンネル面積を増加させて電気信号のノイズの発生を最小化することができる。
【0019】
行デコーダー120はタイミングコントローラ150の制御に応じてピクセルアレイ110の中でいずれか1つの行を選択することができる。より具体的に、行デコーダー120はピクセルアレイ110の複数の行の中でいずれか1つの行を選択するために選択信号SELを生成することができる。
【0020】
さらに、行デコーダー120は選択された行に対応する単位ピクセル112に対してリセット信号RG及び転送信号TGを定められた順番に従って活性化させることができる。
【0021】
但し、他の実施形態によれば、行デコーダー120はピクセルアレイ110のすべての単位ピクセル112に対して同時にリセット信号RGを活性化することができる。この場合、ピクセルアレイ110のすべての単位ピクセル112は同時にリセットされることができる。また、リセットされた単位ピクセル112はフォトダイオードを通じて光電荷を蓄積することができる。
【0022】
その後、ピクセルアレイ110の単位ピクセル112の各々から生成されるリセットレベル信号及びセンシング信号等がアナログ-デジタルコンバータ130に伝達されることができる。
【0023】
アナログ-デジタルコンバータ130はピクセルアレイ110から入力されたリセットレベル信号及びセンシング信号をデジタル信号に変換して出力することができる。例えば、アナログ-デジタルコンバータ130は相関二重サンプリング(Correlated Double Sampling)方式にリセットレベル信号及びセンシング信号をサンプリングした後に、これをデジタル信号に変換することができる。このために、アナログ-デジタルコンバータ130の前端には相関二重サンプラー(Correlated Double Sampler:CDS)がさらに配置されることができる。
【0024】
出力バッファ140はアナログ-デジタルコンバータ130によって提供される各々のカラム単位のイメージデータをラッチ(latch)して出力することができる。出力バッファ140はタイミングコントローラ150の制御に応じてアナログ-デジタルコンバータ130で出力されるイメージデータを一時的に格納し、その後カラムデコーダーによって順次的にラッチされたイメージデータを出力することができる。
【0025】
タイミングコントローラ150はピクセルアレイ110、行デコーダー120、アナログ-デジタルコンバータ(ADC)130、及び出力バッファ140の中で少なくとも一部を制御することができる。タイミングコントローラ150はピクセルアレイ110、行デコーダー120、アナログ-デジタルコンバータ(ADC、130)、及び出力バッファ140等の動作にクロック信号(clock signal)、タイミングコントロール信号(timing control signal)等のような制御信号を供給することができる。タイミングコントローラ150はロジック制御回路(logic control circuit)、位相ロックループ(phase Lock Loop;PLL)回路、タイミングコントロール回路(timing control circuit)、及び通信インターフェイス回路(communication interface circuit)の中で少なくとも1つを含むことができる。
【0026】
以上で、本発明の実施形態によるイメージセンサー100の構成を簡略に説明した。以下では、ノイズを最小化するために具現される単位ピクセル112のより具体的な構成を説明する。
【0027】
図2図1のピクセルアレイに含まれた単位ピクセルを図示する回路図である。
【0028】
図2を参照すれば、単位ピクセル112は1つのフォトダイオードPDと5つのトランジスタTX、RX、DX1、DX2、SXを含むことができる。より具体的に、単位ピクセル112はフォトダイオードPDと転送トランジスタTX、リセットトランジスタRX、駆動トランジスタDX1、DX2、及び選択トランジスタSXを含むことができる。
【0029】
一実施形態によるフォトダイオードPDは入射光の光量や光の強さに応じて電荷を生成及び蓄積することができる。
【0030】
この時、フォトダイオードPDはフォトトランジスタ(Photo Transistor)、フォトゲート(Photo Gate)、ピンドフォトダイオード(Pinned Photo Diode:PPD)、有機フォトダイオード(Organic Photo Diode:OPD)、クォンタムドット(Quantum Dot:QD)等でも具現された光感知素子として参照されることができる。
【0031】
転送トランジスタTXは行デコーダー120から提供される転送信号TGに応答してターンオン又はターンオフされることができる。転送トランジスタTXはフォトダイオードPDで蓄積された電荷をフローティング拡散領域FDに転送することができる。
【0032】
このために、転送トランジスタTXのドレインはフォトダイオードPDと連結されることができる。また、転送トランジスタTXのソースはフローティング拡散領域FDと連結されることができる。
【0033】
フローティング拡散領域FDは転送トランジスタTXのソース、リセットトランジスタRXのソース、及び駆動トランジスタDXのゲートに連結されることができる。
【0034】
リセットトランジスタRXはリセット信号RGに応答して、ターンオン又はターンオフされることができる。より具体的に、リセットトランジスタRXはリセット信号RGに応じてターンオンされて、駆動トランジスタDXのゲートにリセット電圧を印加することができる。
【0035】
例えば、リセット信号RGが活性化されることに応答してリセットトランジスタRXがターンオンされ、電源電圧Vpixがフローティング拡散領域FDに伝達されることができる。この時、フローティング拡散領域FDの電圧は電源電圧Vpixレベルにリセットされることができる。
【0036】
このために、リセットトランジスタRXのドレインは電源電圧Vpixと連結されることができる。また、リセットトランジスタRXのソースはフローティング拡散領域FDに連結されることができる。
【0037】
駆動トランジスタ200はゲートに印加された光電荷の量に応じてソース-ドレイン電流を発生させることができる。より具体的に、駆動トランジスタ200はフローティング拡散領域FDからゲートに印加された光電荷の量に比例するソース-ドレイン電流を発生させることができる。
【0038】
このために、駆動トランジスタ200のゲートはフローティング拡散領域FDに連結されることができる。また、駆動トランジスタ200のドレインは電源電圧Vpixと連結されることができる。
【0039】
駆動トランジスタ200はソースフォロワー増幅器(Source Follower Amplifier)の役割を遂行することができる。例えば、駆動トランジスタ200はフローティング拡散領域FDのポテンシャル変化を増幅することができる。さらに、駆動トランジスタ200は増幅されたポテンシャル変化を選択トランジスタSXを経由して出力することができる。
【0040】
一実施形態によれば、駆動トランジスタ200は屈曲形状を有する領域を通じて具現されることができる。また、駆動トランジスタ200は第1トランジスタDX1及び第2トランジスタDX2を含むことができる。
【0041】
より具体的に、駆動トランジスタ200は屈曲形状内で、各々互いに異なる方向に形成されたチャンネルを含む第1トランジスタDX1及び第2トランジスタDX2を含むことができる。
【0042】
この時、第1トランジスタDX1及び第2トランジスタDX2は各々のドレインが電源電圧Vpixと連結され、互いに並列に連結されることができる。
【0043】
上述した構成を通じて、単位ピクセル112はチャンネル幅が増加された駆動トランジスタ200を含むことができる。
【0044】
選択トランジスタSXは行単位に読み出す単位ピクセルを選択する時に使用されることができる。選択トランジスタSXは行単位に提供される選択信号SELによって駆動されることができる。選択トランジスタSXがターンオンされる場合、フローティング拡散領域FDのポテンシャルが駆動トランジスタ200を通じて選択トランジスタSXのドレインに増幅されて伝達されることができる。
【0045】
先に説明したように、フォトダイオードPDを通じて生成された光電荷は転送トランジスタTX、フローティング拡散領域FD、駆動トランジスタ200、及び選択トランジスタSXを通じてイメージデータとして出力されることができる。
【0046】
この時、本発明の実施形態によるイメージセンサー100は、チャンネル幅が増加された駆動トランジスタ200を含んで、出力信号Voutのノイズを減少させることができる。
【0047】
図3図1のピクセルアレイに含まれた単位ピクセルに対するレイアウトを図示する。
【0048】
図3を参照すれば、一実施形態によるピクセルアレイ110の単位ピクセル112は長方形のセル300内に転送トランジスタ(TX)、半導体装置200A、選択トランジスタ(SX)、及びグラウンド(GND)を含むことができる。
【0049】
この時、半導体装置200Aは図2の駆動トランジスタ200の一例として理解されることができる。より具体的に、半導体装置200Aは図2の駆動トランジスタ200の一例として、屈曲形状を有する第1領域310A内に形成されたソース-ドレイン領域を含むトランジスタとして理解されることができる。
【0050】
但し、単位ピクセル112の構成は上述した構成に限定されることではなく、一部構成(例:図2のフォトダイオードPD又はリセットトランジスタRX)が追加されるか、或いは一部構成(例:選択トランジスタSX)が省略されることができる。
【0051】
また、単位ピクセル112は半導体装置200A、転送トランジスタTX、選択トランジスタSX、及びグラウンドGNDの間に形成される素子分離パターン290を含むことができる。この時、素子分離パターン290は半導体装置200AをグラウンドGND又はセル300内の他のトランジスタと電気的に分離させるための絶縁構造として理解されることができる。
【0052】
例えば、素子分離パターン290はSTI(shallow trench isolation)工程を通じて形成されることができる。他の例によれば、素子分離パターン290はDTI(deep trench isolation)工程で形成されることができる。
【0053】
また、例えば素子分離パターン290は酸化物(oxide)及び/又はポリシリコン(polysilicon)等で形成されることができる。
【0054】
但し、素子分離パターン290を形成するための工程の種類又は素子分離パターン290の構成は上述した例示に限定されることではない。
【0055】
選択トランジスタSXは選択信号SELによって駆動されることができる。より具体的に、選択トランジスタSXは選択信号SELに基づいて、半導体装置200Aから伝達された信号を出力することができる。
【0056】
転送トランジスタTXはフォトダイオードPDから伝達された光電荷を半導体装置200Aに伝達することができる。より具体的に、転送トランジスタTXはフォトダイオードPDから伝達された光電荷をフローティング拡散領域FDと隣接するコンタクト309を通じて半導体装置200Aに伝達することができる。この時、フローティング拡散領域FDはコンタクト309を通じて半導体装置200Aと電気的に連結されることができる。
【0057】
この時、転送トランジスタTXは垂直型転送トランジスタとして参照されることができる。例えば、転送トランジスタTXは垂直転送ゲート(vertical transfer gate、以下、VTG)を含むことができる。
【0058】
この時、垂直転送ゲートVTGの中で一部はセル300内に延長されることができる。また、垂直転送ゲートVTGはセル300内に挿入された下部と、下部から延長さてセル300から突出された上部を含むことができる。このような構成を通じて、イメージセンサー100は単位ピクセル112の面積を縮小させることができる。
【0059】
上述したコンタクト309を利用した電気的連結を通じて、半導体装置200Aはフローティング拡散領域FDから電圧を受信することができる。但し、半導体装置200Aがゲート電圧を受信する構成又は経路は上述した例示に限定されることではない。
【0060】
一実施形態によれば、半導体装置200Aはゲート電極180及びゲート電極180下で屈曲形状(bending shape)を有するように形成される第1領域310Aを含むことができる。より具体的に、半導体装置200Aは第1方向(例:+x方向)から第1方向と交差する第2方向(例:+y方向)に延長されて曲がった形状を有する第1領域310Aを含むことができる。
【0061】
さらに、半導体装置200Aは第1領域310A内に形成されるソース-ドレイン領域330をさらに含むことができる。
【0062】
先に説明したように、一実施形態による単位ピクセル112は屈曲形状を有する第1領域310A及び第1領域310A内に形成されるソース-ドレイン領域330を通じて形成される半導体装置200Aを含むことができる。
【0063】
これを通じて、本発明の実施形態によるイメージセンサー100は、限られた単位ピクセル112の面積内で、半導体装置200Aのチャンネルの面積を増加させることができる。さらに、イメージセンサー100は半導体装置200Aの出力信号に含まれるノイズを減少させることができる。
【0064】
図4は本発明の一実施形態による半導体装置200Aのレイアウトを図示する。図5A図4の半導体装置をA-A’線に沿って切断した断面図である。図5B図4の半導体装置を図示する回路図である。図6A図4の半導体装置の中でゲート電極下のB領域を図示する平面図である。図6B図4の半導体装置の中でゲート電極下のC領域を図示する平面図である。
【0065】
図4乃至図6Bを共に参照すれば、一実施形態による半導体装置200Aは基板20、ゲート電極180、ゲート電極180の下で形成される第1領域310A、及び第1領域310Aの両端に形成される第1ソース-ドレイン領域411、及び第2ソース-ドレイン領域412を含むことができる。
【0066】
一実施形態による基板20は半導体(semiconductor)基板として理解されることができる。例えば、基板20はシリコン、ストレインシリコン(strained Si)、シリコン合金、シリコンカーバイド(SiC)、シリコンゲルマニウム(SiGe)、シリコンゲルマニウムカーバイド(SiGeC)、ゲルマニウム、ゲルマニウム合金、ガリウムアルセニド(GaAs)、インジウムアルセニド(InAs)、及びIII-V半導体、II-VI半導体の中で1つ、これらの組合せ、これらの積層物を含むことができる。また、他の実施形態による基板20は半導体基板ではない有機(organic)プラスチック基板として理解されてもよい。
【0067】
素子分離パターン290は基板20上で第1領域310A、第1ソース-ドレイン領域411及び第2ソース-ドレイン領域412の中で少なくとも一部と隣接するように形成されることができる。この時、素子分離パターン290は、第1領域310A、第1ソース-ドレイン領域411、及び第2ソース-ドレイン領域412を基板20上の他の素子又は領域(例:グラウンドGND)と電気的に絶縁させることができる。
【0068】
第1領域310Aはゲート電極180の下側(downside)に形成されることができる。より具体的に、第1領域310Aはゲート電極180の下で、第1方向(例:+x方向)から第1方向と交差する第2方向(例:+y方向)に延長されて曲がった形状を有するように形成されることができる。
【0069】
例えば、第1方向と第2方向は直交することができる。したがって、第1領域310Aは直角に曲がった形状を有するように形成されることができる。但し、第1領域310Aの形状が上述した例示に限定されることではない。
【0070】
一実施形態によれば、半導体装置200Aは第1領域310Aの一端に形成される第1ソース-ドレイン領域411及び第1領域310Aの他端に形成される第2ソース-ドレイン領域412を含むことができる。
【0071】
より具体的に、半導体装置200Aは第1領域310Aの一端で第1方向の逆方向(例:-x方向)に延長される第1ソース-ドレイン領域411を含むことができる。また、半導体装置200Aは第1領域310Aの他端で第2方向(例:+y方向)に延長される第2ソース-ドレイン領域412を含むことができる。
【0072】
さらに、半導体装置200Aは第1領域310A内に形成される第3ソース-ドレイン領域413を含むことができる。この時、第3ソース-ドレイン領域413は図3のソース-ドレイン領域330として理解されることができる。
【0073】
より具体的に、一実施形態による半導体装置200Aは第1領域310Aの中で、第1ソース-ドレイン領域411から第1方向に延びる仮想の第1直線301と第2ソース-ドレイン領域412から第2方向の逆方向(例:-y方向)に延びる仮想の第2直線302が交差する地点Pに形成される第3ソース-ドレイン領域413を含むことができる。例えば、第3ソース-ドレイン領域413は仮想の第1直線301と仮想の第2直線302が交差する地点Pを中心として形成されることができるが、これに限定されることではない。例えば、第3ソース-ドレイン領域413は仮想の第1直線301と仮想の第2直線302が交差する地点Pを含むように形成されることができる。
【0074】
他の実施形態によれば、半導体装置200Aは第1領域310Aの中で第1方向から第2方向への屈曲が発生する領域に形成される第3ソース-ドレイン領域413を含むことができる。例えば、第3ソース-ドレイン領域413は第1領域310Aの中で第1方向に形成される第1サブ領域と第2方向に形成される第2サブ領域が重畳される領域に形成されることができる。
【0075】
その他の実施形態によれば、半導体装置200Aは第1領域310A内で、第1領域310Aの縁と離隔されて形成される第3ソース-ドレイン領域413を含むことができる。
【0076】
図4及び図5Aを共に参照すれば、第3ソース-ドレイン領域413と第1ソース-ドレイン領域411はゲート電極180の下で第1チャンネル領域501を形成することができる。また、第3ソース-ドレイン領域413と第2ソース-ドレイン領域412はゲート電極180の下で第2チャンネル領域502を形成することができる。
【0077】
図5Aでは、第1ソース-ドレイン領域411、第2ソース-ドレイン領域412、及び第3ソース-ドレイン領域413の断面は角部分が丸い四角形で図示されているが、上述した領域の形状がこのような形状に限定されることではない。他の例によれば、第1ソース-ドレイン領域411、第2ソース-ドレイン領域412、及び第3ソース-ドレイン領域413の断面はテーパーになった(tapered)形状を有することができ、方形の形状を有してもよい。
【0078】
一実施形態によるゲート絶縁膜460は第1領域310A上に形成されることができる。ゲート絶縁膜460はゲート電極180の下に形成されることができる。この時、ゲート絶縁膜460は高誘電率を有する物質で成されることができる。例えば、ゲート絶縁膜460は、例えば、HfO、Al、ZrO、TaO等の物質で成されることができるが、これに限定されることではない。
【0079】
ゲート電極180はゲート絶縁膜460上に配置されることができる。ゲート電極180は導電性物質を含むことができる。例えば、ゲート電極180はポリシリコンで形成されることができる。但し、ゲート電極180の組成がこれに限定されることではない。他の例によれば、ゲート電極180は導電性が高いメタルを含むことができる。
【0080】
図5Aで、ゲート電極180及びゲート絶縁膜460はゲート電極180の上から見る時、第3ソース-ドレイン領域413、第1チャンネル領域501、及び第2チャンネル領域502と重畳される領域に形成されることと図示されているが、これに限定されることではない。
【0081】
一実施形態によれば、ゲート電極180及びゲート絶縁膜460は第1チャンネル領域501及び第2チャンネル領域502上に形成されることができる。
【0082】
より具体的に、ゲート電極180及びゲート絶縁膜460は、ゲート電極180の上から見る時、第3ソース-ドレイン領域413と重畳される領域を除いて形成されることができる。即ち、ゲート電極180及びゲート絶縁膜460は、ゲート電極180の上から見る時、第1チャンネル領域501及び第2チャンネル領域502と重畳される領域に形成されることができる。
【0083】
一実施形態によれば、第1チャンネル領域501は第1チャンネル長さL1を有することができる。また、第2チャンネル領域502は第2チャンネル長さL2を有することができる。
【0084】
したがって、半導体装置200Aは第1チャンネル領域501の第1チャンネル長さL1及び第2チャンネル領域502の第2チャンネル長さL2を加算したチャンネル長さL1+L2を有するトランジスタとして理解されることができる。
【0085】
上述した構造を通じて、本発明の実施形態によるイメージセンサー100(又は、単位ピクセル112)は駆動トランジスタ200のチャンネル長さを増加させることができる。また、これを通じて、イメージセンサー100は出力信号に含まれるノイズを減少させることができる。
【0086】
図4乃至図5Bを参照すれば、第3ソース-ドレイン領域413は第1ソース-ドレイン領域411及びゲート電極180と第1トランジスタ511を形成することができる。また、第3ソース-ドレイン領域413は第2ソース-ドレイン領域412及びゲート電極180と第2トランジスタ512を形成することができる。
【0087】
この時、例えば第1ソース-ドレイン領域411と第2ソース-ドレイン領域412は各々第1トランジスタ511及び第2トランジスタ512のドレイン領域として参照されることができる。また、第3ソース-ドレイン領域413は第1トランジスタ511及び第2トランジスタ512のソース領域として参照されることができる。
【0088】
但し、第1ソース-ドレイン領域411、第2ソース-ドレイン領域412、及び第3ソース-ドレイン領域413の領域区分(例:ソース領域又はドレイン領域)は上述した例示に限定されることではなく、必要によって変更されることができる。
【0089】
また、半導体装置200Aは第1ソース-ドレイン領域411及び第2ソース-ドレイン領域412に配置されるソース-ドレインコンタクト470をさらに含むことができる。
【0090】
第1ソース-ドレイン領域411と第2ソース-ドレイン領域412はソース-ドレインコンタクト470を通じて電気的に連結されることができる。また、第1トランジスタ511及び第2トランジスタ512は電源電圧Vpix及びゲート電極180に共に連結されることができる。
【0091】
即ち、第1トランジスタ511と第2トランジスタ512は並列に連結されることができる。
【0092】
したがって、本発明の実施形態による半導体装置200A(又は、駆動トランジスタ200)は並列に連結された2つのトランジスタ511、512を含むことと理解されることができる。
【0093】
先に説明したように、一実施形態による半導体装置200Aは第1トランジスタ511のチャンネル幅と第2トランジスタ512のチャンネル幅を加算したチャンネル幅を有するトランジスタとして理解されることができる。
【0094】
したがって、本発明の実施形態によるイメージセンサー100は、駆動トランジスタ200のチャンネル幅を増加させることができる。これを通じて、イメージセンサー100は駆動トランジスタ200の出力信号に含まれるノイズを減少させることができる。
【0095】
また、一実施形態による第1トランジスタ511及び第2トランジスタ512は単一のゲート電極180を通じて形成されることができる。したがって、本発明の実施形態によるイメージセンサー100は複数のゲートの間を連結するための金属線(metalline)を省略することができる。また、イメージセンサー100はゲート間金属線による寄生キャパシタンス(parasitic capacitance)を最小化することができる。
【0096】
図6A及び図6Bを共に参照すれば、一実施形態による半導体装置200Aはゲート電極180下で第1方向(例:x方向)に形成される第1チャンネル領域501を含むことができる。また、半導体装置200Aは第1チャンネル領域501の両端に形成される第1ソース-ドレイン領域411及び第3ソース-ドレイン領域413を含むことができる。
【0097】
また、半導体装置200Aは第3ソース-ドレイン領域413から第1方向と交差する第2方向(例:y方向)に形成される第2チャンネル領域502を含むことができる。また、半導体装置200Aは第2チャンネル領域502の一端に形成される第2ソース-ドレイン領域412を含むことができる。
【0098】
一実施形態によれば、第3ソース-ドレイン領域413は第1ソース-ドレイン領域411の第1幅W1及び第2ソース-ドレイン領域412の第2幅W2より小さい第3幅W3を有することができる。また、第3ソース-ドレイン領域413の中で少なくとも一部は第1領域310Aの縁と離隔されるように形成されることができる。
【0099】
より具体的に、図6Aを参照すれば、第1ソース-ドレイン領域411は第1領域310Aの一端の幅と対応される第1幅W1を有することができる。この時、第3ソース-ドレイン領域413は第1ソース-ドレイン領域411の第1幅W1より小さい第3幅W3を有することができる。
【0100】
これを通じて、第3ソース-ドレイン領域413と第1ソース-ドレイン領域411は少なくとも一部が素子分離パターン290と離隔される第1チャンネル領域501を形成することができる。この時、第1チャンネル領域501は第1チャンネル長さL1を有し、第1方向(例:x方向)に沿って形成されることができる。
【0101】
例えば、ソース-ドレイン電流はゲート電極180に電圧が印加されることに応答して、第1チャンネル領域501で素子分離パターン290と離隔された経路に沿って生成されることができる。
【0102】
また、図6Bを参照すれば、第2ソース-ドレイン領域412は第1領域310Aの他端の幅と対応される第2幅W2を有することができる。この時、第3ソース-ドレイン領域413は第2ソース-ドレイン領域412の第2幅W2より小さい第3幅W3を有することができる。
【0103】
これを通じて、第3ソース-ドレイン領域413と第2ソース-ドレイン領域412は少なくとも一部が素子分離パターン290と離隔される第2チャンネル領域502を形成することができる。この時、第2チャンネル領域502は第2チャンネル長さL2を有し、第2方向(例:y方向)に沿って形成されることができる。
【0104】
例えば、ソース-ドレイン電流はゲート電極180に電圧が印加されることに応答して、第2チャンネル領域502で素子分離パターン290と離隔された経路に沿って生成されることができる。
【0105】
上述した構成を通じて、半導体装置200Aは少なくとも一部が素子分離パターン290と離隔されるように形成されるチャンネル領域を含むことができる。
【0106】
これを通じて、本発明の実施形態によるイメージセンサー100はトランジスタのチャンネル(又は、チャンネル領域)の中で素子分離パターン290と隣接する領域で発生する電荷トラップ(charge trapping)を防止(又は、最小化)することができる。さらに、イメージセンサー100は駆動トランジスタ200で電荷トラップによって発生するノイズを減少させることができる。
【0107】
図7は本発明の他の実施形態による半導体装置200Bのレイアウトを図示する。図8A図7の半導体装置をb-b’線に沿って切断した断面図である。図8B図7の半導体装置の中でゲート電極下のD領域を図示する平面図である。
【0108】
図7乃至図8Bを共に参照すれば、一実施形態による半導体装置200Bは基板20、ゲート電極180、ゲート電極180の下で形成される第1領域310B、及び第1領域310Bの両端に形成される第1ソース-ドレイン領域711、及び第5ソース-ドレイン領域715を含むことができる。
【0109】
この時、図7の半導体装置200Bは図2の駆動トランジスタ200の一例として理解されることができる。したがって、前述した構成と同一であるか、或いは実質的に同一な構成は同一な参照番号を付し、重複される説明は省略する。
【0110】
第1領域310Bはゲート電極180の下側(downside)に形成されることができる。また、第1領域310Bはゲート電極180の下で、屈曲形状を有して形成されることができる。
【0111】
より具体的に、第1領域310Bは第2方向の逆方向(例:-y方向)から第2方向と交差する第1方向(例:+x方向)に延長され、第1方向から第2方向(例:+y方向)に延長されて曲がった形状を有するように形成されることができる。この時、第1領域310Bは2つの角を有するように曲がった形状を有することと理解されることができる。
【0112】
例えば、第1方向と第2方向は直交することができる。したがって、第1領域310Bは直角に2回曲がった形状を有するように形成されることができる。即ち、第1領域310Bは一辺(one side)が開放された方形状を有するように形成されることができる。但し、第1領域310の形状が上述した例示に限定されることではない。
【0113】
一実施形態によれば、半導体装置200Bは第1領域310Bの一端で第2方向(例:+y方向)に延長される第1ソース-ドレイン領域711を含むことができる。また、半導体装置200Bは第1領域310Bの他端で第2方向に延長される第5ソース-ドレイン領域715を含むことができる。
【0114】
さらに、半導体装置200Bは第1領域310B内に形成される第2ソース-ドレイン領域712、第3ソース-ドレイン領域713、及び第4ソース-ドレイン領域714を含むことができる。
【0115】
より具体的に、第1領域310Bは第1ソース-ドレイン領域711に隣接し、第2方向の逆方向(例:-y方向)に形成される第1チャンネル領域701を含むことができる。また、第1領域310Bは第1チャンネル領域701の一端に形成される第2ソース-ドレイン領域712を含むことができる。
【0116】
また、第1領域310Bは第2ソース-ドレイン領域712から第1方向(例:+x方向)に形成される第2チャンネル領域702を含むことができる。また、第1領域310Bは第2チャンネル領域702の一端に形成される第3ソース-ドレイン領域713を含むことができる。
【0117】
また、第1領域310Bは第3ソース-ドレイン領域713から第1方向に形成される第3チャンネル領域703を含むことができる。また、第1領域310Bは第3チャンネル領域703の一端に形成される第4ソース-ドレイン領域714を含むことができる。
【0118】
また、第1領域310Bは第4ソース-ドレイン領域714から第2方向(例:+y方向)に形成される第4チャンネル領域704を含むことができる。この時、第4チャンネル領域704の一端は第5ソース-ドレイン領域715と連結されることができる。
【0119】
他の実施形態によれば、半導体装置200Bは第1領域310Bの中で第2方向の逆方向から第1方向への屈曲が発生する領域に形成される第2ソース-ドレイン領域712を含むことができる。例えば、第2ソース-ドレイン領域712は第1領域310Bの中で第2方向の逆方向に形成される第1サブ領域と第1方向に形成される第2サブ領域が重畳される領域に形成されることができる。
【0120】
また、半導体装置200Bは第1領域310Bの中で第1方向から第2方向への屈曲が発生する領域に形成される第4ソース-ドレイン領域714を含むことができる。例えば、第4ソース-ドレイン領域714は第1領域310Bの中で第1方向に形成される第2サブ領域と第2方向に形成される第3サブ領域が重畳される領域に形成されることができる。
【0121】
また、半導体装置200Bは第1領域310Bの中で、第2ソース-ドレイン領域712と第4ソース-ドレイン領域714との間に形成される第3ソース-ドレイン領域713を含むことができる。
【0122】
その他の実施形態によれば、半導体装置200Aは第1領域310内で、第1領域310の縁と離隔されて形成される第2ソース-ドレイン領域712、第3ソース-ドレイン領域713、及び第4ソース-ドレイン領域714を含むことができる。
【0123】
一実施形態によれば、上述した各ソースドレイン領域(第1ソース-ドレイン領域711乃至第5ソースドレイン領域715)は隣接するソース-ドレイン領域及びゲート電極180とトランジスタを形成することができる。例えば、第2ソース-ドレイン領域712は第3ソース-ドレイン領域713及びゲート電極180とトランジスタを形成することができる。また、第3ソース-ドレイン領域713は第4ソース-ドレイン領域714及びゲート電極180とトランジスタを形成することができる。
【0124】
この時、例えば第2ソース-ドレイン領域712と第4ソース-ドレイン領域714は各トランジスタのソース領域として参照されることができる。また、第1ソース-ドレイン領域711、第3ソース-ドレイン領域713、及び第5ソース-ドレイン領域715は各トランジスタのドレイン領域として参照されることができる。
【0125】
但し、第1ソース-ドレイン領域711、第2ソース-ドレイン領域712、第3ソース-ドレイン領域713、第4ソース-ドレイン領域714、及び第5ソース-ドレイン領域715の領域区分(例:ソース領域又はドレイン領域)は上述した例示に限定されることではなく、必要によって変更されることができる。
【0126】
一実施形態によれば、半導体装置200Bは第1ソース-ドレイン領域711及び第5ソース-ドレイン領域715に配置されるソース-ドレインコンタクト770をさらに含むことができる。第1ソース-ドレイン領域711と第5ソース-ドレイン領域715はソース-ドレインコンタクト770を通じて電気的に連結されることができる。
【0127】
また、第2ソース-ドレイン領域712、第3ソース-ドレイン領域713、及び第4ソース-ドレイン領域714は電気的に連結されることができる。
【0128】
これを通じて、上述したソース-ドレイン領域によって形成されるトランジスタは互いに並列に連結されることができる。したがって、本発明による半導体装置200Bは互いに並列に連結された複数のトランジスタを含むことができる。これを通じて、本発明による半導体装置200Bは複数のトランジスタが並列に連結される構成を通じて、トランジスタのチャンネル幅を増加させることができる。
【0129】
図7及び図8Aを共に参照すれば、ゲート電極180及びゲート絶縁膜460はゲート電極180の上から見る時、第2ソース-ドレイン領域712、第3ソース-ドレイン領域713、及び第4ソース-ドレイン領域714、第1チャンネル領域701、第2チャンネル領域702、第3チャンネル領域703、及び第4チャンネル領域704と重畳される領域に形成されることと図示されているが、これに限定されることではない。
【0130】
他の実施形態によれば、ゲート電極180及びゲート絶縁膜460は第1チャンネル領域701、第2チャンネル領域702、第3チャンネル領域703、及び第4チャンネル領域704上に形成されることができる。
【0131】
より具体的に、ゲート電極180及びゲート絶縁膜460は、ゲート電極180の上から見る時、第2ソース-ドレイン領域712、第3ソース-ドレイン領域713、及び第4ソース-ドレイン領域714と重畳される領域を除いて形成されることができる。即ち、ゲート電極180及びゲート絶縁膜460は、ゲート電極180の上から見る時、第1チャンネル領域701、第2チャンネル領域702、第3チャンネル領域703、及び第4チャンネル領域704と重畳される領域に形成されることができる。
【0132】
また、図8Aでは、第1ソース-ドレイン領域711、第2ソース-ドレイン領域712、第3ソース-ドレイン領域713、第4ソース-ドレイン領域714、及び第5ソース-ドレイン領域715の断面は角部分が丸い四角形で図示されているが、上述した領域の形状がこのような形状に限定されることではない。
【0133】
一実施形態によれば、第1チャンネル領域701は第1チャンネル長さl1を有することができる。また、第2チャンネル領域702は第2チャンネル長さl2を有することができる。また、第3チャンネル領域703は第3チャンネル長さl3を有することができる。また、第4チャンネル領域704は第4チャンネル長さl4を有することができる。
【0134】
したがって、半導体装置200Bは第1チャンネル領域701乃至第4チャンネル領域704のチャンネル長さ(l1乃至l4)を加算したチャンネル長さ(l1+l2+l3+l4)を有するトランジスタとして理解されることができる。
【0135】
上述した構造を通じて、本発明の実施形態によるイメージセンサー100(又は、単位ピクセル112)は駆動トランジスタ200のチャンネル長さを増加させることができる。また、これを通じて、イメージセンサー100は出力信号に含まれるノイズを減少させることができる。
【0136】
一実施形態による第1チャンネル領域701及び第4チャンネル領域704は図6A及び図6Bの第1チャンネル領域501及び第2チャンネル領域502と同一な構造を有することと理解されることができる。したがって、第1チャンネル領域701及び第4チャンネル領域704に対する説明の中で前述した内容と同一な内容は省略する。
【0137】
図7及び図8Bを共に参照すれば、半導体装置200Bはゲート電極180下で第1方向(例:x方向)に形成される第2チャンネル領域702及び第3チャンネル領域703を含むことができる。
【0138】
第2ソース-ドレイン領域712、第3ソース-ドレイン領域713、及び第4ソース-ドレイン領域714は第1領域310Bの第1幅W1より小さい第3幅W3を有することができる。又は、第2ソース-ドレイン領域712、第3ソース-ドレイン領域713、及び第4ソース-ドレイン領域714は第1ソース-ドレイン領域711及び第5ソース-ドレイン領域715の幅(例:第1幅W1)より小さい第3幅W3を有することができる。
【0139】
また、第2ソース-ドレイン領域712、第3ソース-ドレイン領域713、及び第4ソース-ドレイン領域714の中で少なくとも一部は第1領域310Bの縁と離隔されるように形成されることができる。
【0140】
図8Bを参照すれば、第2ソース-ドレイン領域712と第3ソース-ドレイン領域713は少なくとも一部が素子分離パターン290と離隔される第2チャンネル領域702を形成することができる。この時、第2チャンネル領域702は第2チャンネル長さl2を有し、第1方向(例:x方向)に沿って形成されることができる。
【0141】
一実施形態によれば、ソース-ドレイン電流はゲート電極180に電圧が印加されることに応答して、第2チャンネル領域702で素子分離パターン290と離隔された経路に沿って生成されることができる。
【0142】
また、第3ソース-ドレイン領域713と第4ソース-ドレイン領域714は第2チャンネル領域702と対応される第3チャンネル領域703を形成することができる。
【0143】
一実施形態によれば、ソース-ドレイン電流はゲート電極180に電圧が印加されることに応答して、第3チャンネル領域703で素子分離パターン290と離隔された経路に沿って生成されることができる。
【0144】
上述した構成を通じて、半導体装置200Bは少なくとも一部が素子分離パターン290と離隔されるように形成されるチャンネル領域(又は、電流経路)を有することができる。
【0145】
これを通じて、本発明の実施形態によるイメージセンサー100はトランジスタのチャンネル(又は、チャンネル領域)の中で素子分離パターン290と隣接する領域で発生する電荷トラップ(charge trapping)を防止(又は、最小化)することができる。さらに、イメージセンサー100は駆動トランジスタ200で電荷トラップによって発生するノイズを減少させることができる。
【0146】
図9は本発明の他の実施形態による半導体装置200Cのレイアウトを図示する。図10A図9の半導体装置をa-a’線に沿って切断した断面図である。図10B図9の半導体装置をD-D’線に沿って切断した断面図である。図11A図9の半導体装置の中でゲート電極下のb領域を図示する平面図である。図11B図9の半導体装置の中でゲート電極下のc領域を図示する平面図である。
【0147】
図9を参照すれば、一実施形態による半導体装置200Cはゲート電極880及びゲート電極880の下に形成される第1チャンネル領域901及び第2チャンネル領域902を含むことができる。
【0148】
この時、半導体装置200Cは図2の駆動トランジスタ200の一例として理解されることができる。したがって、前述した構成と同一であるか、或いは実質的に同一な構成は同一な参照番号を付し、重複される説明は省略する。
【0149】
第1チャンネル領域901はゲート電極880の下で第1方向(例:+x方向)に形成されることができる。この時、第1チャンネル領域901の両端には第1ソース-ドレイン領域411及び第3ソース-ドレイン領域413が形成されることができる。
【0150】
また、第2チャンネル領域902は第3ソース-ドレイン領域413から第1方向と交差する第2方向(例:+y方向)に形成されることができる。この時、第2チャンネル領域902の両端には第2ソース-ドレイン領域412及び第3ソース-ドレイン領域413が形成されることができる。
【0151】
一実施形態によれば、ゲート電極880は、ゲート電極880の上から見る時、第3ソース-ドレイン領域413と重畳される領域を除いて形成されることができる。ゲート電極880の中で少なくとも一部は、ゲート電極880の上から見る時、第1チャンネル領域501及び第2チャンネル領域502と重畳されるように形成されることができる。
【0152】
第1ソース-ドレイン領域411と第3ソース-ドレイン領域413はゲート電極880に電圧が印加されることに応答して、第1チャンネル領域901に第1チャンネルを形成することができる。また、第2ソース-ドレイン領域412と第3ソース-ドレイン領域413はゲート電極880に電圧が印加されることに応答して、第2チャンネル領域902に第2チャンネルを形成することができる。
【0153】
但し、第1チャンネル領域901及び第2チャンネル領域902を通じて形成されるチャンネルは図9に図示された形状に限定されることではなく、第1チャンネル領域901及び第2チャンネル領域902内で様々な形状(又は、領域)を有して形成されることができる。
【0154】
図9及び図10Aを共に参照すれば、一実施形態による第1チャンネル領域901は第3方向(例:+z方向)に突出された第1突出部911をさらに含むことができる。また、第2チャンネル領域902は第3方向に突出された第2突出部912をさらに含むことができる。
【0155】
この時、第3方向(例:+z方向)は第1方向(例:+x方向)及び第2方向(例:+y方向)と垂直な方向として理解されることができる。また、第3方向は基板20で半導体装置200Cが配置された一面と垂直な方向として理解されることができる。
【0156】
さらに、図10Bを参照すれば、一実施形態によるゲート電極880の中で少なくとも一部は、第1突出部911の中で第3方向に向かう第1面、第1面から延長されて素子分離パターン290に向かう第2面、及び第3面を囲むように形成されることができる。
【0157】
ゲート絶縁膜460は素子分離パターン290の中で第1突出部911と隣接する一部領域を除去した後、除去された領域に対する酸化工程を通じて形成されることができる。さらに、ゲート電極880は上述した酸化工程を通じて形成されたゲート絶縁膜460上に形成されることができる。
【0158】
また、ゲート電極880の中で少なくとも一部は、第2突出部912の中でゲート電極880に向かう第4面、第4面から延長されて素子分離パターン290に向かう第5面及び第6面を囲むように形成されることができる。
【0159】
先に説明したように、一実施形態による半導体装置200Cはチャンネル領域の中で少なくとも一部が基板20の一面から垂直な方向(例:第3方向又は+z方向)に突出された形状に形成されることができる。また、半導体装置200Cはチャンネル領域の中で突出された一部(例:第1突出部911又は第2突出部912)を囲むように形成されるゲート電極880を含むことができる。
【0160】
このような構成を通じて、本発明の実施形態による半導体装置200Cはチャンネル領域(例:第1チャンネル領域901又は第2チャンネル領域902)の面積を増加させることができる。さらに、これを通じて、本発明によるイメージセンサー100は半導体装置200Cを通じて出力される信号のノイズを最小化し、品質を向上させることができる。
【0161】
図9図11A、及び図11Bを共に参照すれば、一実施形態による半導体装置200Cはゲート電極880下で第1方向(例:+x方向)に形成される第1チャンネル領域901を含むことができる。また、半導体装置200Cは第3ソース-ドレイン領域413から第1方向と交差する第2方向(例:+y方向)に形成される第2チャンネル領域902を含むことができる。
【0162】
一実施形態によれば、第3ソース-ドレイン領域413は第1ソース-ドレイン領域411の第1幅W1及び第2ソース-ドレイン領域412の第2幅W2より小さい第3幅W3を有することができる。
【0163】
また、第3ソース-ドレイン領域413の中で少なくとも一部は第1領域310Aの縁と離隔されるように形成されることができる。第3ソース-ドレイン領域413の中で少なくとも一部は素子分離パターン290と離隔されるように形成されることができる。
【0164】
図11Aを参照すれば、より具体的に、第1ソース-ドレイン領域411は第1幅W1を有することができる。第3ソース-ドレイン領域413は第1ソース-ドレイン領域411の第1幅W1より小さい第3幅W3を有することができる。
【0165】
これを通じて、第3ソース-ドレイン領域413と第1ソース-ドレイン領域411は少なくとも一部が素子分離パターン290と離隔される第1チャンネル領域901を形成することができる。この時、第1チャンネル領域901は第1チャンネル長さL1を有し、第1方向(例:x方向)に沿って形成されることができる。
【0166】
一実施形態によれば、ゲート電極180に電圧が印加されることに応答して、ソース-ドレイン電流は第1チャンネル領域901で素子分離パターン290と離隔された経路に沿って生成されることができる。
【0167】
図11Bを参照すれば、第2ソース-ドレイン領域412は第2幅W2を有することができる。この時、第3ソース-ドレイン領域413は第2ソース-ドレイン領域412の第2幅W2より小さい第3幅W3を有することができる。
【0168】
これを通じて、第3ソース-ドレイン領域413と第2ソース-ドレイン領域412は少なくとも一部が素子分離パターン290と離隔される第2チャンネル領域902を形成することができる。この時、第2チャンネル領域902は第2チャンネル長さL2を有し、第2方向(例:y方向)に沿って形成されることができる。
【0169】
一実施形態によれば、ゲート電極180に電圧が印加されることに応答して、ソース-ドレイン電流は第2チャンネル領域902で素子分離パターン290と離隔された経路に沿って生成されることができる。
【0170】
上述した構成を通じて、半導体装置200Cは少なくとも一部が素子分離パターン290と離隔されるように形成されるチャンネル領域(例:第1チャンネル領域901又は第2チャンネル領域902)を有することができる。
【0171】
これを通じて、本発明の実施形態によるイメージセンサー100はトランジスタのチャンネル(又は、チャンネル領域)の中で素子分離パターン290と隣接する領域で発生する電荷トラップ(charge trapping)を防止(又は、最小化)することができる。
【0172】
さらに、イメージセンサー100は駆動トランジスタ200で電荷トラップによって発生するノイズを減少させることができる。
【0173】
以上で説明されたように、本発明の実施形態によるイメージセンサー100は屈曲形状を有する領域で形成されるトランジスタのチャンネル面積減少によるノイズを最小化することができる。
【0174】
図12は本発明のその他の実施形態による半導体装置200Dのレイアウトを図示する。図13図12の半導体装置をc-c’線に沿って切断した断面図である。
【0175】
図12を参照すれば、一実施形態による半導体装置200Dはゲート電極1280及びゲート電極1280の下に形成される第1チャンネル領域1201、第2チャンネル領域1202、第3チャンネル領域1203、及び第4チャンネル領域1204を含むことができる。
【0176】
この時、半導体装置200Dは図2の駆動トランジスタ200の一例として理解されることができる。したがって、前述した構成と同一であるか、或いは実質的に同一な構成は同一な参照番号を付し、重複される説明は省略する。
【0177】
第1チャンネル領域1201はゲート電極1280の下で第2方向(例:y方向)に形成されることができる。この時、第1チャンネル領域1201の両端には第1ソース-ドレイン領域711及び第2ソース-ドレイン領域712が形成されることができる。
【0178】
また、第2チャンネル領域1202は第2ソース-ドレイン領域712から第2方向と交差する第1方向(例:x方向)に形成されることができる。この時、第2チャンネル領域1202の両端には第2ソース-ドレイン領域712及び第3ソース-ドレイン領域713が形成されることができる。
【0179】
また、第3チャンネル領域1203は第3ソース-ドレイン領域713から第1方向に形成されることができる。この時、第3チャンネル領域1203の両端には第3ソース-ドレイン領域713及び第4ソース-ドレイン領域714が形成されることができる。
【0180】
また、第4チャンネル領域1204は第4ソース-ドレイン領域714から第2方向に形成されることができる。この時、第4チャンネル領域1204の両端には第4ソース-ドレイン領域714及び第5ソース-ドレイン領域715が形成されることができる。
【0181】
一実施形態によれば、ゲート電極1280は、ゲート電極1280の上から見る時、第1ソース-ドレイン領域711、第2ソース-ドレイン領域712、第3ソース-ドレイン領域713、第4ソース-ドレイン領域714、及び第5ソース-ドレイン領域715と重畳される領域を除いて形成されることができる。ゲート電極1280の中で少なくとも一部は、ゲート電極1280の上から見る時、第1チャンネル領域1201、第2チャンネル領域1202、第3チャンネル領域1203、及び第4チャンネル領域1204と重畳されるように形成されることができる。
【0182】
第1ソース-ドレイン領域711と第2ソース-ドレイン領域712はゲート電極1280に電圧が印加されることに応答して、第1チャンネル領域1201に第1チャンネルを形成することができる。
【0183】
また、第2ソース-ドレイン領域712と第3ソース-ドレイン領域713はゲート電極1280に電圧が印加されることに応答して、第2チャンネル領域1202に第2チャンネルを形成することができる。
【0184】
また、第3ソース-ドレイン領域713と第4ソース-ドレイン領域714はゲート電極1280に電圧が印加されることに応答して、第3チャンネル領域1203に第3チャンネルを形成することができる。
【0185】
また、第4ソース-ドレイン領域714と第5ソース-ドレイン領域715はゲート電極1280に電圧が印加されることに応答して、第4チャンネル領域1204に第4チャンネルを形成することができる。
【0186】
但し、上述した構成を通じて形成されるチャンネルは図12に図示された形状(又は、領域)に限定されることではない。
【0187】
これを通じて、上述した各ソースドレイン領域(第1ソース-ドレイン領域711乃至第5ソースドレイン領域715)は隣接するソース-ドレイン領域及びゲート電極1280とトランジスタを形成することができる。例えば、第2ソース-ドレイン領域712は第3ソース-ドレイン領域713及びゲート電極1280とトランジスタを形成することができる。また、第3ソース-ドレイン領域713は第4ソース-ドレイン領域714及びゲート電極1280とトランジスタを形成することができる。
【0188】
この時、例えば第2ソース-ドレイン領域712と第4ソース-ドレイン領域714は各トランジスタのソース領域として参照されることができる。また、第1ソース-ドレイン領域711、第3ソース-ドレイン領域713、及び第5ソース-ドレイン領域715は各トランジスタのドレイン領域として参照されることができる。
【0189】
但し、第1ソース-ドレイン領域711、第2ソース-ドレイン領域712、第3ソース-ドレイン領域713、第4ソース-ドレイン領域714、及び第5ソース-ドレイン領域715の領域区分(例:ソース領域又はドレイン領域)は上述した例示に限定されることではなく、必要によって変更されることができる。
【0190】
図12及び図13を共に参照すれば、一実施形態による第1チャンネル領域1201は第3方向(例:+z方向)に突出された第1突出部1211をさらに含むことができる。また、第2チャンネル領域1202は第3方向に突出された第2突出部1212をさらに含むことができる。さらに、第3チャンネル領域1203及び第4チャンネル領域1204は、それぞれ、第3方向に突出された第3突出部1213及び第4突出部1214を含むことができる。
【0191】
この時、第3方向(例:+z方向)は第1方向(例:x方向)及び第2方向(例:y方向)と垂直な方向として理解されることができる。また、第3方向は基板20で半導体装置200Dが配置された一面と垂直な方向として理解されることができる。
【0192】
一実施形態によるゲート電極1280の中で少なくとも一部は、第1突出部1211乃至第4突出部1214の中で少なくとも一部を囲むように形成されることができる。
【0193】
例えば、ゲート電極1280は第1突出部1211の中で第3方向に向かう第1面、第1面から延長されて第1方向又は第2方向に向かう第2面、及び第3面を囲むように形成されることができる。
【0194】
また、ゲート電極1280の中で少なくとも一部は、第2突出部1212、第3突出部1213、及び第4突出部1214の中でゲート電極1280に向かう一面、一面から延長されて第1方向又は第2方向に向かう側面を囲むように形成されることができる。
【0195】
ゲート絶縁膜1260は素子分離パターン290の中で第1突出部1211乃至第4突出部1214と隣接する一部領域を除去した後、除去された領域に対する酸化工程を通じて形成されることができる。さらに、ゲート電極1280は上述した酸化工程を通じて形成されたゲート絶縁膜1260上に形成されることができる。
【0196】
先に説明したように、一実施形態による半導体装置200Dはチャンネル領域の中で少なくとも一部が基板20の一面から垂直な方向(例:第3方向又は+z方向)に突出された形状に形成されることができる。また、半導体装置200Dはチャンネル領域の中で突出された一部(例:第1突出部1211、第2突出部1212、第3突出部1213、及び第4突出部1214)を囲むように形成されるゲート電極1280を含むことができる。
【0197】
このような構成を通じて、本発明の実施形態による半導体装置200Dはチャンネル領域(例:第1チャンネル領域1201、第2チャンネル領域1202、第3チャンネル領域1203、又は第4チャンネル領域1204)の面積を増加させることができる。さらに、これを通じて、本発明によるイメージセンサー100は半導体装置200Dを通じて出力される信号のノイズを最小化し、品質を向上させることができる。
【0198】
上述した実施形態の外にも、本発明は、単純に設計変更されるか、或いは容易に変更することができる実施形態も含む。また、本発明は実施形態を利用して容易に変形して実施することができる技術も含む。したがって、本発明の範囲は上述した実施形態に限定されてはならず、後述する特許請求の範囲のみならず、この発明の特許請求の範囲と均等なことによって定められるべきである。
【符号の説明】
【0199】
PD フォトダイオード
FD フローティング拡散領域
TX 転送トランジスタ
DX 駆動トランジスタ
SX 選択トランジスタ
RX リセットトランジスタ
100 イメージセンサー
110 ピクセルアレイ
112 単位ピクセル
120 行デコーダー
130 アナログ-デジタルコンバータ
140 出力バッファ
150 タイミングコントローラ
図1
図2
図3
図4
図5A
図5B
図6A
図6B
図7
図8A
図8B
図9
図10A
図10B
図11A
図11B
図12
図13