JP5111764B2 - 自己昇圧機能を有するイメージセンサ、自己昇圧方法及び前記イメージセンサ形成方法 - Google Patents
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Description
図2Aは本発明の望ましい一実施形態による4個のトランジスタピクセル構造のイメージセンサに対する平面図であり、図2Bは図2AのI−I線に沿って切断した際の断面図であり、図2Cは図2AのII−II線に沿って切断した際の断面図である。
図5Aは本発明の望ましい一実施形態による4個のトランジスタピクセル構造のイメージセンサに対する平面図であり、図5Bは図5AのIII−III線に沿って切断した際の断面図であり、図5Cは図5AのIV−IV線に沿って切断した際の断面図である。
図6Aは図2A乃至図2Cのイメージセンサに対する概略的な図であり、図6Bは図6Aのイメージセンサの動作を説明するための信号波形図である。
図8A乃至図13A及び図8B乃至図13Bを参照して図2A乃至図2Cのイメージセンサを形成する方法について説明する。
図5A乃至図5Cのイメージセンサの形成方法は第3実施形態とほぼ同一である。ただ、ブースティングゲートパターンが駆動ゲートの上部に形成されるだけである。この場合、駆動ゲート上部のブースティングゲートパターンは選択ゲートに電気的に連結される。
115 受光素子
117 フローティング拡散領域
105a 伝送ゲート
105b リセットゲート
105c 駆動ゲート
105d 選択ゲート
109a ブースティングゲート
119 リセット拡散領域
127d、127e コンタクトホール
129d、129e コンタクトプラグ
501 半導体基板
502、502A、502B 活性領域
503 素子分離膜
505a 伝送ゲート
505b リセットゲート
505c 駆動ゲート
505d 選択ゲート
509a ブースティングゲート
511 N領域
513 P領域
515 フォトダイオード
517 フローティング拡散領域
519 リセット拡散領域
521、523 不純物拡散領域
525 層間絶縁層
527b、527c コンタクトホール
529b、529c コンタクトプラグ
531b 第2局所金属配線
531c 第1局所金属配線
Claims (15)
- 半導体基板に形成され、入射される光によって電荷を発生する受光素子と、
前記半導体基板上に形成され、前記受光素子で生成された電荷を前記半導体基板のフローティング拡散領域に送るために伝送電圧が印加される伝送ゲートと、
前記半導体基板上に形成され、前記フローティング拡散領域に貯蔵された電荷をリセット拡散領域に排出するためのリセットゲートと、
前記リセット拡散領域を間に置いて前記リセットゲートから離隔されて前記半導体基板上に形成された駆動ゲート及び選択ゲートと、を含み、
前記伝送ゲートの上には絶縁膜を間に置いてブースティングゲートが配置され、
前記伝送ゲートは、前記伝送電圧を印加したときにチャンネルが形成され、前記伝送電圧を遮断したときにフローティングされるものであり、
前記ブースティングゲートは、前記選択ゲートに電気的に連結され、前記伝送電圧を遮断して前記伝送ゲートをフローティングにしてブースティング電圧が印加されるものであることを特徴とするイメージセンサのピクセル。 - 前記伝送ゲート、前記リセットゲート、前記駆動ゲート、前記選択ゲート、及び前記ブースティングゲートはドーピングされたポリシリコンであることを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサのピクセル。
- 前記受光素子はフォトダイオードであることを特徴とする請求項1に記載のイメージセンサのピクセル。
- 前記受光素子で生成された電荷を前記フローティング拡散領域に送る際、前記伝送ゲートの下の半導体基板にチャンネルが形成されるように前記伝送ゲートに伝送電圧が印加され、前記伝送電圧が遮断されて前記伝送ゲートがフローティングされ、前記ブースティングゲートにブースティング電圧が印加されて、前記伝送ゲートに前記伝送電圧より大きい電圧が印加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のピクセル。
- 前記選択ゲートに印加される電圧を前記ブースティング電圧として使用することを特徴とする請求項4に記載のイメージセンサのピクセル。
- 前記リセットゲートの下にチャンネルが形成されるように前記リセットゲートにリセット電圧パルスを印加して、
前記選択ゲートの下の半導体基板にチャンネルが形成されるように前記選択ゲートに第1選択電圧パルスを印加して、
前記伝送ゲートの下の半導体基板にチャンネルが形成されるように伝送電圧パルスを印加して、
前記選択ゲートに第2選択電圧パルスを印加することによって前記ブースティングゲートに前記第2選択電圧パルスを印加して、
前記受光素子で生成された電荷が電圧に変換されて前記ピクセルの外に出力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のピクセル。 - 受光素子と、前記受光素子から発生された信号電荷をフローティング拡散領域に送る信号電荷伝送部と、前記フローティング拡散領域に伝送された信号電荷を電圧に変換して出力する信号変換出力部とを含むイメージセンサにおいて、
前記信号電荷伝送部は伝送ゲートを含み、前記信号変換出力部はリセットゲート、駆動ゲート、及び選択ゲートを含み、
前記伝送ゲートの上には絶縁膜及びブースティングゲートが配置され、
前記伝送ゲートは、伝送電圧を印加したときにチャンネルが形成され、前記伝送電圧を遮断したときにフローティングされるものであり、
前記ブースティングゲートは、前記選択ゲートに電気的に連結され、前記伝送電圧を遮断して前記伝送ゲートをフローティングにしてブースティング電圧が印加されるものであることを特徴とするイメージセンサ。 - 前記受光素子から前記フローティング拡散領域へ前記信号電荷が伝送されるように前記伝送ゲートに所定期間伝送電圧を印加して、前記ブースティングゲートにブースティング電圧を印加することによって前記受光素子で生成された信号電荷が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7に記載のイメージセンサ。
- 前記受光素子から前記フローティング拡散領域へ前記信号電荷が伝送されるように前記伝送ゲートに所定期間伝送電圧を印加して、前記選択ゲートに選択電圧を印加することによって前記受光素子で生成された信号電荷が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7に記載のイメージセンサ。
- 第1期間の間前記選択ゲートに第1選択電圧を印加して、
前記第1期間内の所定期間の間前記フローティング拡散領域に残存する信号電荷を除去するために前記リセットゲートにリセット電圧を印加して、
第2期間の間前記受光素子から前記フローティング拡散領域へ前記信号電荷が伝送されるように前記伝送ゲートに伝送電圧を印加して、
第3期間の間前記選択ゲートに第2伝送電圧を印加することによって、前記受光素子で生成された信号電荷が伝送及び出力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。 - 前記第1期間、前記第2期間及び前記第3期間は互いに重畳されないことを特徴とする請求項10に記載のイメージセンサ。
- 請求項7に記載のイメージセンサの形成方法であって、
半導体基板上に第1導電膜、誘電膜、及び第2導電膜を順に形成して、
第1フォトリソグラフィ及びエッチング工程を進行して前記第2導電膜をパターニングしてブースティングゲートを形成して、
第2フォトリソグラフィ及びエッチング工程を進行して前記誘電膜及び第1導電膜をパターニングして伝送ゲート、リセットゲート、駆動ゲート及び選択ゲートを形成して、
受光素子を形成することを含むことを特徴とするイメージセンサ形成方法。 - 半導体基板上にゲート酸化膜、第1導電膜、誘電膜及び第2導電膜を形成して、
前記第2導電膜をパターニングしてブースティングゲートを形成して、
前記誘電膜及び第1導電膜をパターニングして伝送ゲート、リセットゲート、駆動ゲート及び選択ゲートを形成し、少なくとも前記伝送ゲートは前記ブースティングゲートの下に形成されるようにして、
前記伝送ゲートに隣接した半導体基板に受光素子を形成して、
伝送ゲート及び前記リセットゲートの間の半導体基板にはフローティング拡散領域を、前記フローティング拡散領域に対して前記リセットゲートを介した反対側の半導体基板にはリセット拡散領域を、前記駆動ゲート及び前記選択ゲートの間の半導体基板に対して前記選択ゲートを介した反対側の半導体基板にソース/ドレイン領域を形成して、
前記ブースティングゲートと前記選択ゲートとを電気的に連結させる第1局所金属配線及び前記フローティング拡散領域と前記駆動ゲートとを互いに電気的に連結させる第2局所金属配線を形成することを含むことを特徴とするイメージセンサ形成方法。 - 前記第1局所金属配線及び第2局所金属配線を形成する方法は、
層間絶縁膜を形成して、
前記層間絶縁膜をパターニングして前記ブースティングゲート、前記フローティング拡散領域、前記駆動ゲート、前記選択ゲートを露出させるコンタクトホールを形成して、
前記コンタクトホールを満たすように前記層間絶縁膜上に導電性物質を形成して、
前記導電性物質をパターニングすることを含むことを特徴とする請求項13に記載のイメージセンサ形成方法。 - 受光素子で生成された信号電荷を伝送ゲートを通じてフローティング拡散領域に送る請求項7に記載のイメージセンサの電荷伝送方法において、
前記受光素子及び前記フローティング拡散領域の間に電荷伝送が触発されるように前記伝送ゲートに伝送電圧を印加して、
前記伝送ゲートをフローティングさせた後、前記伝送ゲートの上部に誘電膜を介在して位置するブースティングゲートパターンにブースティング電圧を印加することを含むことを特徴とする電荷伝送方法。
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