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公開番号2024152629
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-25
出願番号2024038461
出願日2024-03-12
発明の名称無接合伝送トランジスタを含むイメージセンサー
出願人三星電子株式会社,Samsung Electronics Co.,Ltd.
代理人弁理士法人共生国際特許事務所
主分類H01L 27/146 20060101AFI20241018BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】生成されたイメージのノイズを減少させる、無接合伝送トランジスタを含むイメージセンサーを提供する。
【解決手段】イメージセンサーは、上面FS及び上面に対向する背面BSを有する基板100、基板の上面に隣接する上部領域に配置された伝送トランジスタTXのゲートノードとして基板の内部に拡張された形態のポリ垂直ゲートVTG、基板の内部でポリ垂直ゲートに対して下部位置に配置された光電変換素子としてのフォトダイオードPD、ポリ垂直ゲートの間に位置し、光電変換素子と同一の導電形の不純物でドーピングされたチャンネルCH及び基板の上面と平行である第1方向にポリ垂直ゲートに隣接して基板の上部領域に配置されたフローティング拡散領域FDを含み、ポリ垂直ゲート、各々ソースノード及びドレーンノードの中のいずれか1つのノードに設定された光電変換素子と、フローティング拡散領域とで、無接合伝送トランジスタを構成する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
上面及び前記上面に対向する下面を有する基板と、
前記基板の前記上面に隣接する上部領域に配置された伝送トランジスタのゲートノードとして、前記基板の内部に拡張する形態のポリ垂直ゲート（ｐｏｌｙ－ｖｅｒｔｉｃａｌｇａｔｅ）と、
前記ポリ垂直ゲートに対して前記基板の内部で下部位置に配置された光電変換素子と、
前記ポリ垂直ゲートの間に位置し、前記光電変換素子と同一の導電形の不純物でドーピングされたチャンネルと、
前記基板の前記上面と平行である第１方向に前記ポリ垂直ゲートに隣接して前記基板の上部領域に配置されたフローティング拡散領域と、を含み、
前記光電変換素子、前記ポリ垂直ゲート、及び前記フローティング拡散領域は、無接合伝送トランジスタ（ｊｕｎｃｔｉｏｎ－ｌｅｓｓｔｒａｎｓｆｅｒｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を構成することを特徴とするイメージセンサー。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記チャンネル及び前記フローティング拡散領域は、同一の導電形の不純物でドーピングされることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項３】
前記光電変換素子のドーピング濃度よりも前記チャンネルのドーピング濃度がさらに高いことを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサー。
【請求項４】
前記ポリ垂直ゲートは、前記光電変換素子、前記チャンネル、及び前記フローティング拡散領域とは異なる導電形の物質でドーピングされることを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサー。
【請求項５】
前記光電変換素子の電子は、ＰＮジャンクション（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を経由せずに前記チャンネルを通じて前記フローティング拡散領域に伝送されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサー。
【請求項６】
前記ポリ垂直ゲートは、前記基板の上面と垂直になる第２方向に拡張する垂直拡張領域を有し、前記垂直拡張領域の少なくとも一部は、前記チャンネルを介して前記第１方向に互いに離隔して位置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ー。
【請求項７】
前記ポリ垂直ゲートから前記第１方向に隣接し、前記第２方向に拡張するバリアーを含むことを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサー。
【請求項８】
前記バリアーの中で前記フローティング拡散領域に隣接するバリアーは、前記フローティング拡散領域の下部で、ｐ形不純物でドーピングされて形成されることを特徴とする請求項７に記載のイメージセンサー。
【請求項９】
前記垂直拡張領域から遠い前記チャンネルの中心領域が前記垂直拡張領域に隣接する前記チャンネルの周辺領域よりもコンダクションバンド（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｂａｎｄ）が低いことを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサー。
【請求項１０】
上面及び前記上面に対向する下面を有する基板と、
前記基板の前記上面に隣接する上部部分に配置された伝送トランジスタのゲートノードとして、前記基板の内部に拡張する形態のポリ垂直ゲート（ｐｏｌｙ－ｖｅｒｔｉｃａｌｇａｔｅ）と、
前記ポリ垂直ゲートに対して前記基板の内部で下部位置に配置され、前記ポリ垂直ゲートとは異なる導電形の不純物でドーピングされた光電変換素子と、
前記ポリ垂直ゲートの間に位置し、前記光電変換素子と同一の導電形の不純物でドーピングされたチャンネルと、
前記基板の上面と平行である第１方向に前記ポリ垂直ゲートに隣接して前記基板の上部位置に形成され、前記光電変換素子と同一の導電形の不純物でドーピングされたフローティング拡散領域を含み、
前記光電変換素子は、前記ポリ垂直ゲートに負電圧が印加されれば、入射光の光量に対応した光電荷を蓄積し、前記光電変換素子は、前記ポリ垂直ゲートに印加された負電圧が解除されれば、蓄積された電荷を前記ポリ垂直ゲートの間の前記チャンネルを通じて前記フローティング拡散領域に伝送することを特徴とするイメージセンサー。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、無接合伝送トランジスタを含むイメージセンサーに関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
イメージセンサーは、光信号を電気信号に変換させる装置として、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅｃｏｕｐｌｅｄｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサーとＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサー等がある。
【０００３】
ＣＭＯＳイメージセンサーの中でＡＰＳ（ＡｃｔｉｖｅＰｉｘｅｌＳｅｎｓｏｒ）は、光信号がフォトダイオードＰＤ（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：ＰＤ）に入射して蓄積された電荷をフローティング拡散領域（ｆｌｏａｔｉｎｇｄｉｆｆｕｓｉｏｎｒｅｇｉｏｎ）に伝送する伝送トランジスタ（ｔｒａｎｓｆｅｒｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を含む。
【０００４】
低照度で撮影された映像のノイズ問題は最近イメージセンサー技術の重要な要素である。その中で、トランジスタパラメーターによるｐＦＰＮ（ｐｏｉｎｔｆｉｘｅｄｐａｔｔｅｒｎｎｏｉｓｅ）は、イメージセンサーの低照度ノイズと関連して重要な意味を有し、ｐＦＰＮの原因の中の１つとしてトランジスタの界面トラップ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅｔｒａｐ）による信号損失が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
米国特許第１１４１７６９１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ノイズが低減されたイメージセンサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるイメージセンサーは、上面及び前記上面に対向する下面を有する基板と、前記基板の前記上面に隣接する上部領域に配置された伝送トランジスタのゲートノードとして、前記基板の内部に拡張する形態のポリ垂直ゲート（ｐｏｌｙ－ｖｅｒｔｉｃａｌｇａｔｅ）と、前記基板の内部で前記ポリ垂直ゲートに対して下部位置に配置された光電変換素子と、前記ポリ垂直ゲートの間に位置し、前記光電変換素子と同一の導電形の不純物でドーピングされたチャンネルと、前記基板の前記上面と平行である第１方向に前記ポリ垂直ゲートに隣接して前記基板の上部領域に配置されたフローティング拡散領域と、を含み、前記伝送トランジスタのゲートノードに設定された前記ポリ垂直ゲート、各々ソースノード及びドレーンノードの中のいずれか１つのノードに設定された前記光電変換素子と前記フローティング拡散領域は無接合伝送トランジスタ（ｊｕｎｃｔｉｏｎ－ｌｅｓｓｔｒａｎｓｆｅｒｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を構成する。
【０００８】
上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様によるイメージセンサーは、上面及び前記上面に対向する下面を有する基板と、前記基板の前記上面に隣接する上部部分に配置された伝送トランジスタのゲートノードとして、前記基板の内部に拡張する形態のポリ垂直ゲート（ｐｏｌｙ－ｖｅｒｔｉｃａｌｇａｔｅ）と、前記基板の内部で前記ポリ垂直ゲートに対して下部位置に配置され、前記ポリ垂直ゲートとは異なる導電形の不純物でドーピングされた光電変換素子と、前記ポリ垂直ゲートの間に位置し、前記光電変換素子と同一の導電形の不純物でドーピングされたチャンネルと、前記基板の上面と平行である第１方向に前記ポリ垂直ゲートに隣接して前記基板の上部位置に形成され、前記光電変換素子と同一の導電形の不純物でドーピングされたフローティング拡散領域を含み、前記光電変換素子は前記ポリ垂直ゲートに負電圧が印加されれば、入射光の光量に対応した光電荷を蓄積し、前記光電変換素子は前記ポリ垂直ゲートに印加された負電圧が解除されれば、蓄積された電荷を前記ポリ垂直ゲートの間の前記チャンネルを通じて前記フローティング拡散領域に伝送する。
【０００９】
本発明の一実施形態によるイメージセンサーは、複数のピクセルを含むピクセルアレイ及び前記ピクセルに含まれた複数のトランジスタで制御信号を送信する制御回路を含み、前記ピクセルの各々は基板の上面に隣接する上部領域に配置された伝送トランジスタのゲートノードとして、前記基板の内部に拡張する形態のポリ垂直ゲート（ｐｏｌｙ－ｖｅｒｔｉｃａｌｇａｔｅ）、前記上面及び前記上面に対向する下面を有する前記基板の内部で前記ポリ垂直ゲートに対して下部位置に前記ポリ垂直ゲートとは異なる導電形の不純物でドーピングされて形成された光電変換素子、前記ポリ垂直ゲートの間に位置し、前記光電変換素子と同一の導電形の不純物でドーピングされて形成されたチャンネル及び前記基板内に前記光電変換素子から離隔されて前記光電変換素子と同一の導電形の不純物でドーピングされて形成され、前記光電変換素子から前記ポリ垂直ゲートの間のチャンネルを通じて伝達された電荷を格納するフローティング拡散領域を含み、前記光電変換素子の電荷は前記チャンネルを通じてＰＮジャンクション（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を経由せずに前記フローティング拡散領域に伝送される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるイメージセンサーは、生成されたイメージのノイズを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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