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公開番号2025077008
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-16
出願番号2024188385
出願日2024-10-25
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 20250101AFI20250509BHJP()
要約【課題】性能及び信頼性が向上した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、基板と、基板内に配置され第1光電変換領域を含む第1ピクセルPX1、基板と第1ピクセルと平行な第1水平方向Xに隣接し、第2光電変換領域を含む第2ピクセル、基板内で基板と垂直方向Zに延長され、各ピクセルを取り囲み、ピクセル間に配置されるピクセル分離構造体140、第1ピクセル内に基板に隣接して配置される第1フローティング拡散領域FD1、第2ピクセル内に基板に隣接して配置される第2フローティング拡散領域、絶縁層111及び絶縁層を貫通し、第1、第2フローティング拡散領域と接続し、基板内に配置される上下面を含み、上面が、絶縁層の上面よりも高い垂直レベルに位置し、絶縁層の下面と同一であるか又は高い垂直レベルに位置する第1埋め込みコネクト160を有する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
互いに対向する前面及び背面を含む基板と、
前記基板内に配置され、第１光電変換領域を含む第１ピクセルと、
前記基板内で前記第１ピクセルと前記基板の前記前面とに平行な第１水平方向に隣接し、第２光電変換領域を含む第２ピクセルと、
前記基板内で前記基板の前記前面と垂直な垂直方向に延長され、前記第１ピクセル及び前記第２ピクセルそれぞれを取り囲み、前記第１ピクセルと前記第２ピクセルとの間に配置されるピクセル分離構造体と、
前記第１ピクセル内に、前記基板の前記前面に隣接して配置される第１フローティング拡散領域と、
前記第２ピクセル内に、前記基板の前記前面に隣接して配置される第２フローティング拡散領域と、
前記基板の前記前面上に配置される絶縁層と、
前記絶縁層を貫通し、前記第１フローティング拡散領域及び前記第２フローティング拡散領域と接続される第１埋め込みコネクトと、を有し、
前記第１埋め込みコネクトは、前記基板内に配置される上面及び下面を含み、
前記第１埋め込みコネクトの前記上面は、前記絶縁層の上面よりも高い垂直レベルに位置し、
前記第１埋め込みコネクトの前記上面は、前記絶縁層の下面と同一であるか、それより高い垂直レベルに位置することを特徴とするイメージセンサ。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第１フローティング拡散領域及び前記第２フローティング拡散領域は、前記ピクセル分離構造体を挟んで前記第１水平方向に離隔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】
前記第１埋め込みコネクトは、前記第１フローティング拡散領域及び前記第２フローティング拡散領域と接触し、
前記第１フローティング拡散領域及び前記第２フローティング拡散領域は、前記第１埋め込みコネクトによって電気的に接続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４】
前記第１埋め込みコネクトの前記上面は、前記絶縁層の前記上面より低い垂直レベルに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。
【請求項５】
前記第１埋め込みコネクトは、前記絶縁層とエッチング選択比を有する物質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６】
前記第１埋め込みコネクトは、ポリシリコンを含む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埋め込みコネクトの前記上面は、前記第１埋め込みコネクト内部でリセスされた部分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８】
前記第１埋め込みコネクトは、前記第１ピクセルと前記第２ピクセルとの間の前記ピクセル分離構造体と前記垂直方向にオーバーラップされる部分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９】
前記基板内で前記第１ピクセルと前記第１水平方向と交差する第２水平方向に隣接し、第３光電変換領域を含む第３ピクセルと、
前記基板内で前記第２ピクセルと前記第２水平方向に隣接し、第４光電変換領域を含む第４ピクセルと、
前記第３ピクセル内に、前記基板の前記第１面に隣接して配置される第３フローティング拡散領域と、
前記第４ピクセル内に、前記基板の前記前面に隣接して配置される第４フローティング拡散領域と、をさらに有し、
前記第１埋め込みコネクトは、前記第３フローティング拡散領域及び前記第４フローティング拡散領域とさらに接続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１０】
前記基板内で前記第１ピクセルと前記第１水平方向と交差する第２水平方向に隣接し、第３光電変換領域を含む第３ピクセルと、
前記基板内で前記第２ピクセルと前記第２水平方向に隣接し、第４光電変換領域を含む第４ピクセルと、
前記第３ピクセル内に、前記基板の前記前面に隣接して配置される第３フローティング拡散領域と、
前記第４ピクセル内に、前記基板の前記前面に隣接して配置される第４フローティング拡散領域と、
前記絶縁層を貫通し、前記第３フローティング拡散領域及び前記第４フローティング拡散領域と接触する第２埋め込みコネクトと、をさらに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。

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し、特に、フォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）を含むイメージセンサに関する。
続きを表示（約 3,500 文字）【背景技術】
【０００２】
イメージセンサは、光学イメージ信号を電気信号に変換させる装置である。
イメージセンサは、それぞれが、入射される光を受光して電気信号に切り換え、フォトダイオード領域を含む複数のピクセルを含む。
【０００３】
イメージセンサの集積度が増加することにより、それぞれのピクセルの大きさが小さくなるので、それぞれのピクセルを駆動するためのピクセル回路の電気的接続成分も小さくなり、ノイズが発生するか、コンバージョンゲイン（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｇａｉｎ）のような光電変換効率が減少する問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記従来のイメージセンサにおける問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、性能及び信頼性が向上したイメージセンサを提供することである。
【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によるイメージセンサは、互いに対向する前面及び背面を含む基板と、前記基板内に配置され、第１光電変換領域を含む第１ピクセルと、前記基板内で前記第１ピクセルと前記基板の前記前面とに平行な第１水平方向に隣接し、第２光電変換領域を含む第２ピクセルと、前記基板内で前記基板の前記前面と垂直な垂直方向に延長され、前記第１ピクセル及び前記第２ピクセルそれぞれを取り囲み、前記第１ピクセルと前記第２ピクセルとの間に配置されるピクセル分離構造体と、前記第１ピクセル内に、前記基板の前記前面に隣接して配置される第１フローティング拡散領域と、前記第２ピクセル内に、前記基板の前記前面に隣接して配置される第２フローティング拡散領域と、前記基板の前記前面上に配置される絶縁層と、前記絶縁層を貫通し、前記第１フローティング拡散領域及び前記第２フローティング拡散領域と接続される第１埋め込みコネクトと、を有し、前記第１埋め込みコネクトは、前記基板内に配置される上面及び下面を含み、前記第１埋め込みコネクトの前記上面は、前記絶縁層の上面よりも高い垂直レベルに位置し、前記第１埋め込みコネクトの前記上面は、前記絶縁層の下面と同一であるか、それより高い垂直レベルに位置することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の実施形態に係るイメージセンサは、互いに対向する前面及び背面を含む基板と、前記基板内に配置され、第１光電変換領域を含む第１ピクセルと、前記基板内で前記第１ピクセルと第１水平方向に隣接し、第２光電変換領域を含む第２ピクセルと、前記基板内から垂直方向に延長され、前記第１ピクセル及び前記第２ピクセルそれぞれを取り囲み、前記第１ピクセルと前記第２ピクセルの間に配置されるピクセル分離構造体と、前記第１ピクセル内に、前記基板の前記前面に隣接して配置される第１フローティング拡散領域と、前記第２ピクセル内に、前記基板の前記前面に隣接して配置される第２フローティング拡散領域と、前記基板の前記前面上に配置される絶縁層と、前記絶縁層を貫通し、前記第１フローティング拡散領域及び前記第２フローティング拡散領域と接続される埋め込みコネクトと、を有し、前記埋め込みコネクトの下面の最上部は、前記絶縁層の下面と同一であるか、それより高い垂直レベルに位置し、前記埋め込みコネクトの上面は、前記基板の前記前面より高い垂直レベルに位置することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の実施形態に係るイメージセンサは、互いに対向する前面及び背面を含む基板と、前記基板内に配置されて、複数の第１光電変換領域を含む第１ピクセルと、前記基板内で前記第１ピクセルと第１水平方向に隣接し、複数の第２光電変換領域を含む第２ピクセルと、前記基板内で前記第１ピクセルと前記第１水平方向と交差する第２水平方向に隣接し、複数の第３光電変換領域を含む第３ピクセルと、前記基板内で前記第２ピクセルと前記第２水平方向に隣接し、複数の第４光電変換領域を含む第４ピクセルと、前記基板内から垂直方向に延長され、前記第１ピクセル、前記第２ピクセル、前記第３ピクセル、及び前記第４ピクセルそれぞれを取り囲み、前記第１水平方向及び前記第２水平方向に延長されるピクセル分離構造体と、前記第１ピクセル内に、前記基板の前記前面に隣接して配置され、前記複数の第１光電変換領域によって共有される第１フローティング拡散領域と、前記第２ピクセル内に、前記基板の前記前面に隣接して配置され、前記複数の第２光電変換領域によって共有される第２フローティング拡散領域と、前記第３ピクセル内に、前記基板の前記前面に隣接して配置され、前記複数の第３光電変換領域によって共有される第３フローティング拡散領域と、前記第４ピクセル内に、前記基板の前記前面に隣接して配置され、前記複数の第４光電変換領域によって共有される第４フローティング拡散領域と、前記基板の前記前面上に配置される絶縁層と、前記絶縁層を貫通して前記基板内に埋め込まれる部分を含み、前記第１フローティング拡散領域乃至前記第４フローティング拡散領域と接触する埋め込みコネクトと、前記基板の前記背面上に配置されるカラーフィルタ及びレンズと、を有し、前記埋め込みコネクトは、前記絶縁層とエッチング選択比を有する物質を含み、前記埋め込みコネクトの下面の最上部は、前記絶縁層の下面と同一であるか、それより高い垂直レベルに位置し、前記埋め込みコネクトの上面は、前記基板の前記前面よりも高い垂直レベルに位置することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るイメージセンサによれば、埋め込みコネクトを含み、埋め込みコネクトは、ピクセル分離構造体を挟んで離隔された、互いに隣接したピクセルそれぞれのフローティング活性領域を接続し、したがって、互いに隣接したピクセルそれぞれのフローティング活性領域それぞれに別途に接続されたコンタクトの形成が不要となるか、必要なコンタクトの数を減少させ、コンタクトによるキャパシタンスを減少させ、それにより、ノイズ及びコンバージョンゲイン（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｇａｉｎ）のような光電変換効率を改善させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の実施形態によるイメージセンサの概略構成を示す斜視図である。
図１の１つのピクセルに対応するイメージセンサを示すレイアウト図である。
図２のＡ－Ａ線に沿って切断した断面図である。
図２のＢ－Ｂ線に沿って切断した断面図である。
図４のＥＸ１領域の拡大断面図である。
本発明の実施形態によるイメージセンサのピクセルの等価回路図である。
本発明の実施形態によるイメージセンサを示すレイアウト図である。
本発明の実施形態によるイメージセンサを示すレイアウト図である。
本発明の実施形態によるイメージセンサを示すレイアウト図である。
本発明の実施形態によるイメージセンサの概略構成を示す斜視図である。
図１０のＣ－Ｃ線に沿って切断した断面図である。
本発明の実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
本発明の実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
本発明の実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
本発明の実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
本発明の実施形態によるイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
本発明の実施形態によるイメージセンサの概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明に係るイメージセンサを実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
図面上の同じ構成要素に対しては、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。
本発明は、以下に開示する実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態に具現され、単に本実施形態は、本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によって定義されるだけである。
（【００１１】以降は省略されています）

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