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公開番号2025056718
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-08
出願番号2024123422
出願日2024-07-30
発明の名称イメージセンサ
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H10F 39/18 20250101AFI20250331BHJP()
要約【課題】変換利得(CG)を向上させ、ピクセルトランジスタの配置効率及びサイズを増加させ、メタル配線層を減少させるイメージセンサを提供する。
【解決手段】本発明のイメージセンサは、第1方向の両側に配置された2個のフォトダイオード(PD)を備えたピクセルと、ピクセル内の2個のPDを互いに分離して第1方向に直交する第2方向に延びる内部深いトレンチ分離(DTI)構造、及びピクセルを互いに分離して第1方向又は第2方向に延びる外部DTI構造を備えたDTI構造と、第1方向に延びる外部DTI構造の中央部分と内部DTI構造のエッジとの間に配置されたフローティング拡散(FD)領域と、FD領域に隣接して配置されてPDに少なくとも1つずつ配置された伝送ゲート(TG)と、を備え、ピクセル内の2個のPDは、FD領域を共有する。
【選択図】図2

特許請求の範囲【請求項１】
イメージセンサであって、
第１方向の両側に配置された２個のフォトダイオード（ＰＤ：ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）を備えたピクセルと、
前記ピクセル内の２個の前記ＰＤを互いに分離して前記第１方向に直交する第２方向に延びる内部深いトレンチ分離（ＤＴＩ：ＤｅｅｐＴｒｅｎｃｈＩｓｏｌａｔｉｏｎ）構造、及び前記ピクセルを互いに分離して前記第１方向又は前記第２方向に延びる外部ＤＴＩ構造を備えたＤＴＩ構造と、
前記第１方向に延びる前記外部ＤＴＩ構造の中央部分と前記内部ＤＴＩ構造のエッジとの間に配置されたフローティング拡散（ＦＤ：ＦｌｏａｔｉｎｇＤｉｆｆｕｓｉｏｎ）領域と、
前記ＦＤ領域に隣接して配置されて前記ＰＤに少なくとも１つずつ配置された伝送ゲート（ＴＧ：ＴｒａｎｓｆｅｒＧａｔｅ）と、を備え、
前記ピクセル内の２個の前記ＰＤは、前記ＦＤ領域を共有することを特徴とするイメージセンサ。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記第２方向に互いに隣接する２個の前記ピクセルは、サブ共有ピクセルを構成し、
前記第１方向に互いに隣接する２個の前記サブ共有ピクセルは、共有ピクセルを構成し、
前記共有ピクセルは、前記第１方向及び第２方向に沿って２次元アレイ状に配置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。
【請求項３】
前記ＦＤ領域は、前記サブ共有ピクセルの２個の前記ピクセル間に配置され、
前記サブ共有ピクセルの４個の前記ＰＤは、前記ＦＤ領域を共有する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】
前記サブ共有ピクセルは、グラウンドコンタクト領域を含み、
前記グラウンドコンタクト領域は、
前記共有ピクセルにおいて、前記第１方向の外郭部分及び前記第２方向の中央部分に隣接して配置された第１配置構造と、
前記共有ピクセルにおいて、前記第１方向及び前記第２方向の中央部分に隣接して配置された第２配置構造と、
前記共有ピクセルにおいて、前記第１方向及び前記第２方向の外郭部分に隣接して配置された第３配置構造と、のうちのいずれか１つに配置されることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
【請求項５】
前記ＰＤに対応するアクティブ領域及びゲートは、前記第２方向の前記ピクセルの外郭部分に配置され、
前記第３配置構造において、前記グラウンドコンタクト領域は、前記ＰＤに対応するアクティブ領域に前記ゲートの代わりに配置され、
前記第３配置構造における前記ゲートの前記第１方向の長さは、前記第１配置構造又は前記第２配置構造における前記ゲートの前記第１方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサ。
【請求項６】
前記ＦＤ領域は、前記サブ共有ピクセルの中央部分に配置され、
前記サブ共有ピクセルの２個の前記内部ＤＴＩ構造は、前記ＦＤ領域によって前記第２方向に互いに離隔され、
前記第１方向に延びる前記外部ＤＴＩ構造は、前記ＦＤ領域によって前記中央部分で２個の部分に分離されることを特徴とする請求項３に記載のイメージセンサ。
【請求項７】
前記第２方向の２個の前記内部ＤＴＩ構造の間の離隔距離と前記第１方向の前記外部ＤＴＩ構造の２部分間の離隔距離とは、変更され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】
前記内部ＤＴＩ構造の前記第１方向の幅と前記外部ＤＴＩ構造の前記第１方向又は第２方向の幅とは、変更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。
【請求項９】
前記共有ピクセルの前記ピクセルのうちのいずれか１つに配置されて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：ＲｅｓｅｔＧａｔｅ）と、
前記共有ピクセルの前記ピクセルのうちの少なくとも他の１つに配置されて前記共有ピクセルの外郭部分の前記ＲＧに隣接して配置されたソースフォロワゲート（ＳＦ：ＳｏｕｒｃｅＦｏｌｌｏｗｅｒｇａｔｅ）と、を更に含み、
前記サブ共有ピクセルには、２個の前記ピクセルに対応して２個の前記ＦＤ領域が配置されるか、又は２個の前記ピクセルが共有する１個の前記ＦＤ領域が配置され、
前記共有ピクセルの２個又は４個の前記ＦＤ領域は、配線を介して前記ＳＦに連結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。
【請求項１０】
前記サブ共有ピクセルには、２個の前記ピクセルに対応して２個の前記ＦＤ領域が配置され、
前記共有ピクセルにおいて、前記第１方向の外郭部分及び前記第２方向の中央部分に隣接して前記ピクセルのグラウンドコンタクト領域が配置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。
（【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、より詳細には、２フォトダイオード（ＰＤ：ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）ピクセル構造を含むイメージセンサに関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
イメージセンサは、複数個の単位ピクセルが２次元アレイ状に配列されて構成される。一般的に、単位ピクセルは、１つのフォトダイオード及び複数のピクセルトランジスタで構成される。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（ＴｒａｎｓｆｅｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、リセットトランジスタ（ＲｅｓｅｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ソースフォロワトランジスタ（ＳｏｕｒｃｅＦｏｌｌｏｗｅｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、及び選択トランジスタ（ＳｅｌｅｃｔｉｏｎＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を含む。最近、ピクセルサイズの微細化が進められることにより、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（ＤｅｅｐＴｒｅｎｃｈＩｓｏｌａｔｉｏｎ：ＤＴＩ）構造によって互いに分離される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許第９６０９２５０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ピクセルトランジスタの配置効率及びサイズを増加させた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】
【０００５】
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は、第１方向の両側に配置された２個のフォトダイオード（ＰＤ：ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）を備えたピクセルと、前記ピクセル内の２個の前記ＰＤを互いに分離して前記第１方向に直交する第２方向に延びる内部深いトレンチ分離（ＤＴＩ：ＤｅｅｐＴｒｅｎｃｈＩｓｏｌａｔｉｏｎ）構造、及び前記ピクセルを互いに分離して前記第１方向又は前記第２方向に延びる外部ＤＴＩ構造を備えたＤＴＩ構造と、前記第１方向に延びる前記外部ＤＴＩ構造の中央部分と前記内部ＤＴＩ構造のエッジとの間に配置されたフローティング拡散（ＦＤ：ＦｌｏａｔｉｎｇＤｉｆｆｕｓｉｏｎ）領域と、前記ＦＤ領域に隣接して配置されて前記ＰＤに少なくとも１つずつ配置された伝送ゲート（ＴＧ：ＴｒａｎｓｆｅｒＧａｔｅ）と、を備え、前記ピクセル内の２個の前記ＰＤは、前記ＦＤ領域を共有する。
【０００６】
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は、第１方向の両側に配置された２個のフォトダイオード（ＰＤ）をそれぞれ備えた４個のピクセルで構成された共有ピクセルと、前記ピクセル内の２個の前記ＰＤを互いに分離して前記第１方向に直交する第２方向に延びる内部深いトレンチ分離（ＤＴＩ）構造、及び前記ピクセルを互いに分離して前記第１方向又は前記第２方向に延びる外部ＤＴＩ構造を備えたＤＴＩ構造と、前記第１方向に延びる前記外部ＤＴＩ構造の中央部分と前記内部ＤＴＩ構造のエッジとの間に配置されたフローティング拡散（ＦＤ）領域と、前記ＦＤ領域に隣接して配置されて前記ＰＤに少なくとも１つずつ配置された伝送ゲート（ＴＧ）と、前記共有ピクセルの前記ピクセルのうちのいずれか１つに配置されて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：ｒｅｓｅｔｇａｔｅ）と、前記共有ピクセルの前記ピクセルのうちの少なくとも他の１つに配置されて前記共有ピクセルの外郭部分の前記ＲＧに隣接して配置されたソースフォロワゲート（ＳＦ：ｓｏｕｒｃｅｆｏｌｌｏｗｅｒｇａｔｅ）と、を備え、前記ピクセル内の２個の前記ＰＤは、前記ＦＤ領域を共有する。
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本発明の更に他の態様によるイメージセンサは、第１方向の両側に配置された２個のフォトダイオード（ＰＤ）をそれぞれ備えた４個のピクセルで構成された共有ピクセルと、前記ピクセル内の２個の前記ＰＤを互いに分離して前記第１方向に直交する第２方向に延びる内部深いトレンチ分離（ＤＴＩ）構造、及び前記ピクセルを互いに分離して前記第１方向又は前記第２方向に延びる外部ＤＴＩ構造を備えたＤＴＩ構造と、前記第１方向に延びる前記外部ＤＴＩ構造の中央部分と前記内部ＤＴＩ構造のエッジとの間に配置されたフローティング拡散（ＦＤ）領域と、前記ＦＤ領域に隣接して配置されて前記ＰＤに少なくとも１つずつ配置された伝送ゲート（ＴＧ）と、を備え、前記第２方向に互いに隣接する２個の前記ピクセルは、サブ共有ピクセルを構成し、前記共有ピクセルは、前記第１方向に互いに隣接する２個の前記サブ共有ピクセルを備え、前記ＦＤ領域は、前記サブ共有ピクセルの２個の前記ピクセル間に配置され、前記サブ共有ピクセルの４個の前記ＰＤは、前記ＦＤ領域を共有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のイメージセンサによれば、変換利得（ＣＧ）を向上させ、ピクセルトランジスタの配置効率及びサイズを増加させ、メタル配線層を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
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１のイメージセンサの共有ピクセルの第１例を示す平面図である。
比較例のイメージセンサにおけるＦＤ領域の配線ルーチンを示す平面図である。
図１のイメージセンサにおけるＦＤ領域の配線ルーチンを示す平面図である。
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の第２例を示す平面図である。
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の第３例を示す平面図である。
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の第４例を示す平面図である。
本発明の一実施形態による伝送ゲート部分の一例を示す断面図である。
本発明の一実施形態による伝送ゲート部分の他の例を示す断面図である。
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の第５例を示す平面図である。
本発明の一実施形態によるＦＤ領域の配線ルーチンを示す平面図である。
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の第６例を示す平面図である。
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のマイクロレンズの配置の一例を示す平面図である。
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のマイクロレンズの配置の他の例を示す平面図である。
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のＤＴＩ構造の隔離距離を示す平面図である。
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のＤＴＩ構造の幅を示す平面図である。
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の第３例の変形例を示す平面図である。
図２のイメージセンサの共有ピクセルが２次元アレイ状に配列された構造を示す平面図である。
本発明の一実施形態によるイメージセンサ全体を示すブロック構造図である。
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を示す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、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。図面において、同じ構成要素については、同じ参照符号を付し、それらについての重複説明は省略する。
（【００１１】以降は省略されています）

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