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公開番号2024072796
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-28
出願番号2023187659
出願日2023-11-01
発明の名称イメージセンサ及びその製造方法
出願人三星電子株式会社,Samsung Electronics Co.,Ltd.
代理人個人,個人,個人
主分類H01L 27/146 20060101AFI20240521BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】電荷伝達効率を改善しつつも、電位ハンプを防止した垂直ゲートを含むイメージセンサ、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】イメージセンサは、基板;基板の上部から基板の内部に垂直に拡張する垂直拡張部分と、垂直拡張部分の上部から基板の上面に平行に拡張する水平拡張部分を備えた垂直ゲート;基板内部の垂直ゲートの下部に配置されたフォトダイオード(Photo Diode:PD);及び水平拡張部分と基板との間に配置されたスペーサ;を含み、垂直拡張部分の下面と側面、及び水平拡張部分の下面は、ゲート絶縁膜で覆われ、スペーサは、水平拡張部分のゲート絶縁膜と基板との間に配置される。
【選択図】図2B
特許請求の範囲【請求項１】
基板と、
前記基板の上部から前記基板の内部に垂直に拡張する垂直拡張部分と、前記垂直拡張部分の上部から前記基板の上面に平行に拡張する水平拡張部分を備えた垂直ゲートと、
前記基板内部の前記垂直ゲートの下部に配置されたフォトダイオード(Photo Diode:PD)と、
前記水平拡張部分と前記基板との間に配置されたスペーサと、を含み、
前記垂直拡張部分の下面と側面、及び前記水平拡張部分の下面は、ゲート絶縁膜で覆われ、
前記スペーサは、前記水平拡張部分の前記ゲート絶縁膜と前記基板との間に配置された、イメージセンサ。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記垂直ゲートは、前記基板の上面に平行な第１方向に互いに離隔された２つの前記垂直拡張部分を備えたデュアル垂直ゲートであり、
前記水平拡張部分は、前記第１方向に拡張して２つの前記垂直拡張部分を互いに連結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３】
前記基板と前記スペーサとの間に基板絶縁膜が配置され、
前記第１方向に前記水平拡張部分の中心にゲートコンタクトが配置された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】
前記スペーサは、前記水平拡張部分の下部にのみ配置された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】
前記スペーサは、前記水平拡張部分の下部に配置された内部スペーサと、前記垂直ゲートの外部の前記基板上に配置された外部スペーサと、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６】
１つのフローティングディフュージョン(Floating Diffusion: FD)領域に対応して１つの前記ＰＤが配置されたシングルピクセル構造、または
１つのＦＤ領域に対応して多数の前記ＰＤが配置され、前記ＰＤが前記ＦＤ領域を共有する共有ピクセル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７】
４個の前記ＰＤが１つの前記ＦＤ領域を取り囲む前記共有ピクセル構造を有し、
１つの前記ＰＤに対応するピクセル内に少なくとも１つのトランジスタが配置され、
前記トランジスタのゲートは、下部に前記スペーサのないプラナー(planar)構造を有することを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサ。
【請求項８】
前記スペーサは、１０ｎｍ以上の厚さ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９】
基板と、
前記基板の上部から前記基板の内部に垂直に拡張し、前記基板の上面に平行な第１方向に互いに離隔された２つの垂直拡張部分と、２つの前記垂直拡張部分を前記基板の上部で互いに連結する連結部分を備えたデュアル垂直ゲートと、
前記基板内部の前記デュアル垂直ゲートの下部に配置されたＰＤと、
前記基板の上面に平行であり、前記第１方向に垂直である第２方向に前記デュアル垂直ゲートに隣接して前記基板の上部に配置されたＦＤ領域と、
前記デュアル垂直ゲートを基準に前記ＦＤ領域と反対側に配置され、少なくとも１つのトランジスタを備えたＴＲ領域と、
前記連結部分と前記基板との間に配置されたスペーサと、を含み、
前記垂直拡張部分の下面と側面、及び前記連結部分の下面は、ゲート絶縁膜で覆われ、
前記スペーサは、前記連結部分の前記ゲート絶縁膜と前記基板との間に配置された、イメージセンサ。
【請求項１０】
前記スペーサは、前記連結部分の下部にのみ配置されたことを特徴とする請求項９に記載のイメージセンサ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサに係り、特に垂直ゲート構造を含むイメージセンサに関する。
続きを表示（約 3,700 文字）【背景技術】
【０００２】
イメージセンサは、光学映像を電気信号に変換させる。最近、コンピュータ産業と通信産業の発達によってデジタルカメラ、カムコーダ、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など多様な分野で性能が向上したイメージセンサの需要が増大している。イメージセンサは、複数個の単位ピクセルが２次元アレイ配列されて構成される。一般に、単位ピクセルは、１つのフォトダイオードと複数のピクセルトランジスタで構成されうる。ここで、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)を含みうる。最近、ピクセルサイズの微細化が進められることにより、垂直ゲート構造を含むイメージセンサが開発されている。
【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、電荷伝達効率を改善しつつも、電位ハンプを防止した垂直ゲートを含むイメージセンサ、及びその製造方法を提供することである。
【０００４】
また、本発明の技術的思想が解決しようとする課題は、前述した課題に制限されず、他の課題は、下記の記載から通常の技術者に明確に理解されるであろう。
【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、基板；前記基板の上部から前記基板の内部に垂直に拡張する垂直拡張部分と、前記垂直拡張部分の上部から前記基板の上面に平行に拡張する水平拡張部分を備えた垂直ゲート；前記基板内部の前記垂直ゲートの下部に配置されたフォトダイオード(Photo Diode:PD)；及び前記水平拡張部分と前記基板との間に配置されたスペーサ；を含み、前記垂直拡張部分の下面と側面、及び前記水平拡張部分の下面は、ゲート絶縁膜で覆われ、前記スペーサは、前記水平拡張部分の前記ゲート絶縁膜と前記基板との間に配置された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、基板；前記基板の上部から前記基板の内部に垂直に拡張し、前記基板の上面に平行な第１方向に互いに離隔された２つの垂直拡張部分と、２つの前記垂直拡張部分を前記基板の上部で互いに連結する連結部分を備えたデュアル垂直ゲート；前記基板内部の前記デュアル垂直ゲートの下部に配置されたＰＤ；前記基板の上面に平行であり、前記第１方向に垂直である第２方向に前記デュアル垂直ゲートに隣接して前記基板の上部に配置されたＦＤ領域；前記デュアル垂直ゲートを基準に前記ＦＤ領域と反対側に配置されて少なくとも１つのトランジスタを備えたＴＲ領域；及び前記連結部分と前記基板との間に配置されたスペーサ；を含み、前記垂直拡張部分の下面と側面、及び前記連結部分の下面は、ゲート絶縁膜で覆われ、前記スペーサは、前記連結部分の前記ゲート絶縁膜と前記基板との間に配置されたイメージセンサを提供する。
【０００７】
また、本発明の技術的思想は、前記課題を解決するために、基板；前記基板の上部から前記基板の内部に垂直に拡張し、前記基板の上面に平行な第１方向に互いに離隔された２つの垂直拡張部分と、２つの前記垂直拡張部分を前記基板の上部で互いに連結する連結部分を備えたデュアル垂直ゲート；前記基板内部の前記デュアル垂直ゲートの下部に配置されたＰＤ；前記基板の上面に平行であり、前記第１方向に垂直である第２方向に前記デュアル垂直ゲートに隣接して前記基板の上部に配置されたＦＤ領域；前記デュアル垂直ゲートを基準に前記ＦＤ領域と反対側に配置されて少なくとも１つのトランジスタを備えたＴＲ領域；及び前記連結部分と前記基板との間に配置されたスペーサ；を含み、前記垂直拡張部分の下面と側面、及び前記連結部分の下面は、ゲート絶縁膜で覆われ、前記スペーサは、前記連結部分の前記ゲート絶縁膜と前記基板との間に配置され、１つの前記ＦＤ領域に対応して多数の前記ＰＤが配置され、前記ＰＤが前記ＦＤ領域を共有する共有ピクセル構造を有する、イメージセンサを提供する。
【０００８】
一方、本発明の技術的思想は、前記課題を解決するために、基板上に基板絶縁膜を形成する段階；前記基板内部にＰＤを形成する段階；前記基板絶縁膜上にスペーサ層を形成する段階；前記スペーサ層をパターニングしてスペーサパターンを形成する段階；前記スペーサパターンをエッチングマスクとして用いて前記基板の上部をエッチングしてトレンチを形成する段階；前記トレンチを充填し、前記スペーサパターンを覆う導電膜を形成する段階；及び前記導電膜をパターニングしてデュアル垂直ゲートを形成する段階；を含み、前記デュアル垂直ゲートは、前記基板の上部から前記基板の内部に垂直に拡張し、前記基板の上面に平行な第１方向に互いに離隔された２つの垂直拡張部分と、２つの前記垂直拡張部分を前記基板の上部で互いに連結する連結部分を備えたイメージセンサ製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の技術的思想によるイメージセンサにおいて、伝送トランジスタは、デュアル垂直ゲートを含み、デュアル垂直ゲートは、基板上に配置されたスペーサ上に配置されうる。具体的に、デュアル垂直ゲートは、スペーサを貫通して基板内部に垂直に拡張する２つの垂直拡張部分と、スペーサ上で２つの垂直拡張部分を互いに連結する連結部分を含みうる。そのようなデュアル垂直ゲートの構造に基づいて、本発明の技術的思想によるイメージセンサは、電荷伝達効率を改善しつつも、アクティブ領域のエッジでの電位ハンプの発生を効果的に防止しうる。また、ゲートコンタクトのコンタクト面積を最小化し、ゲートコンタクトとのミスアラインも最小化しうる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の一実施例によるデュアル垂直ゲートを含むイメージセンサのピクセルに係わる回路図である。
図１のデュアル垂直ゲートを含むイメージセンサに係わる平面図である。
図１のデュアル垂直ゲートを含むイメージセンサに係わる断面図である。
本発明の実施例によるデュアル垂直ゲートを含むイメージセンサに係わる断面図である。
本発明の実施例によるデュアル垂直ゲートを含むイメージセンサに係わる断面図である。
本発明の実施例によるデュアル垂直ゲートを含むイメージセンサに係わる断面図である。
本発明の実施例によるデュアル垂直ゲートを含むイメージセンサに係わる断面図である。
本発明の一実施例によるデュアル垂直ゲートを含むイメージセンサのピクセルに係わる回路図である。
図５のデュアル垂直ゲートを含むイメージセンサに係わる平面図である。
図５のデュアル垂直ゲートを含むイメージセンサに係わる拡大平面図である。
図５のデュアル垂直ゲートを含むイメージセンサに係わる断面図である。
本発明の一実施例によるシングル垂直ゲートを含むイメージセンサに係わる断面図である。
図２Ｂのイメージセンサの製造方法の過程を概略的に示す断面図である。
図２Ｂのイメージセンサの製造方法の過程を概略的に示す断面図である。
図２Ｂのイメージセンサの製造方法の過程を概略的に示す断面図である。
図２Ｂのイメージセンサの製造方法の過程を概略的に示す断面図である。
図２Ｂのイメージセンサの製造方法の過程を概略的に示す断面図である。
図２Ｂのイメージセンサの製造方法の過程を概略的に示す断面図である。
図２Ｂのイメージセンサの製造方法の過程を概略的に示す断面図である。
図２Ｂのイメージセンサの製造方法の過程を概略的に示す断面図である。
図３Ａのイメージセンサの製造方法の過程を概略的に示す断面図である。
図３Ａのイメージセンサの製造方法の過程を概略的に示す断面図である。
図３Ａのイメージセンサの製造方法の過程を概略的に示す断面図である。
図４Ａのイメージセンサの製造方法の過程を概略的に示す断面図である。
図４Ａのイメージセンサの製造方法の過程を概略的に示す断面図である。
本発明の一実施例によるイメージセンサの全体構造に係わるブロック構造図である。
本発明の一実施例によるイメージセンサを含む電子装置に係わるブロック構造図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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