KR102546550B1 - 딥 트렌치들 내의 전달 게이트들을 갖는 이미지 센서 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서가 제안된다. 상기 이미지 센서는 기판 내에 형성된 포토다이오드, 상기 포토다이오드의 제1 일부와 수직으로 중첩하는 플로팅 디퓨전 영역, 상기 포토다이오드의 제2 일부와 수직으로 중첩하고 엘보우 모양을 갖는 STI 영역, 및 상기 포토다이오드의 적어도 2개 변들과 인접하고 엘보우 모양을 갖는 전달 게이트를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 딥 트렌치들 내의 전달 게이트들을 갖는 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 장치이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로보트 등 다양한 분야에서 집적도 및 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다. 이미지 센서의 해상력을 향상시키기 위하여 이미지 센서의 수광 면적을 크게 하는 연구가 진행되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 딥 트렌치들 내의 전달 게이트들을 갖는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수직한 전달 채널을 갖는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 기판 내에 형성된 포토다이오드, 상기 포토다이오드의 제1 일부와 수직으로 중첩하는 플로팅 디퓨전 영역, 상기 포토다이오드의 제2 일부와 수직으로 중첩하고 엘보우 모양을 갖는 STI 영역, 및 상기 포토다이오드의 적어도 2개 변들과 인접하고 엘보우 모양을 갖는 전달 게이트를 포함할 수 있다.
상기 플로팅 디퓨전 영역은 상기 포토다이오드의 코너들 중 하나 상에 배치될 수 있다.
상기 STI 영역은 상기 포토다이오드의 제1 변과 인접한 영역 및 제2 변과 인접한 영역과 수직으로 중첩할 수 있다.
상기 전달 게이트는 상기 포토다이오드의 제3 변 및 제4 변과 인접할 수 있다.
상기 전달 게이트는 상기 포토다이오드와 수직으로 중첩하지 않을 수 있다.
상기 전달 게이트는 트렌치의 내벽들 상에 컨포멀하게 형성된 전달 게이트 절연층, 및 상기 트렌치를 채우도록 상기 게이트 절연층 상에 형성된 게이트 전극을 포함할 수 있다.
상기 STI 영역은 수평 활성 영역을 정의하는 수평부 및 수직 활성 영역을 정의하는 수직부를 포함할 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 수평 활성 영역 상에 배치된 제1 수평 게이트 전극 및 제2 수평 게이트 전극, 및 상기 수직 활성 영역 상에 배치된 수직 게이트 전극을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 기판 내에 서로 인접하게 형성된 제1 포토다이오드 및 제2 포토다이오드, 상기 제1 및 제2 포토다이오드들 사이에 배치된 전달 게이트, 상기 전달 게이트의 일 측면과 인접하고 상기 제1 포토다이오드의 일부와 수직으로 중첩하는 플로팅 디퓨전 영역, 및 상기 전달 게이트의 타 측면과 인접하고 상기 제2 포토다이오드의 일부와 수직으로 중첩하는 STI 영역을 포함할 수 있다.
상기 STI 영역은 상기 제2 포토다이오드의 일부와 수직으로 중첩하는 활성 영역을 정의할 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 활성 영역 상에 배치되고 상기 제2 포토다이오드의 상기 일부와 수직으로 중첩하는 픽셀 게이트 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 전달 게이트는 상기 제1 및 제2 포토다이오드들의 수직 높이보다 큰 깊이를 갖는 트렌치, 상기 트렌치의 측벽들 상에 컨포멀하게 형성된 전달 게이트 절연층, 및 상기 트렌치를 채우도록 상기 전달 게이트 절연층 상에 형성된 전달 게이트 전극을 포함할 수 있다.
상기 트렌치는 상기 기판을 완전히 수직으로 관통할 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 트렌치의 일부를 채우는 갭필 절연물을 더 포함할 수 있다.
상기 전달 게이트와 상기 제1 포토다이오드의 제1 간격은 상기 전달 게이트와 상기 제2 포토다이오드의 제2 간격보다 작을 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서는 매트릭스 형태로 배열된 다수 개의 단위 픽셀들을 포함할 수 있다. 상기 단위 픽셀들은 각각 상면도에서 실질적으로 사각형 모양을 갖는 포토다이오드, 상기 포토다이오드의 상변 및 좌변과 인접하는 상기 포토다이오드의 제1 부분과 수직으로 중첩하는 STI 영역, 상기 포토다이오드의 하변 및 우변과 인접하도록 상기 포토다이오드의 외측 면을 감싸는 딥 트렌치, 상기 딥 트렌치 내에 형성된 전달 게이트, 및 상기 전달 게이트와 인접하고 상기 포토다이오드의 일부와 수직으로 중첩하는 플로팅 디퓨전 영역을 포함할 수 있다.
상기 STI 영역 및 상기 전달 게이트는 각각 상면도에서 엘보우 모양을 가질 수 있다.
상기 STI 영역과 상기 전달 게이트는 함께 상면도에서 사각형을 형성할 수 있다.
상기 STI 영역은 상기 포토다이오드의 제1 부분의 일부와 수직으로 중첩하는 활성 영역을 정의할 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 활성 영역과 수직으로 중첩하는 픽셀 게이트 전극을 더 포함할 수 있다. 상기 픽셀 게이트 전극은 드라이브 게이트 전극, 선택 게이트 전극, 또는 리셋 게이트 전극 중 적어도 하나를 제공할 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 이미지 센서는 수직 채널을 제공하도록 포토다이오드와 수직으로 중첩하지 않는 전달 게이트들을 가지므로 이미지 센서의 수광 영역이 넓어질 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 이미지 센서는 엘보우 모양의 전달 게이트들을 가지므로 채널 폭이 넓고 따라서 전달 트랜지스터의 드라이빙 능력이 향상될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 이미지 센서는 비동작 모드에서 정공을 축적할 수 있으므로 암 전류가 줄어들 수 있다.
기타 언급되지 않은 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 효과들은 본문 내에서 언급될 것이다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 2a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이의 개념적인 레이아웃이고, 및 도 2b는 상기 픽셀 어레이의 단위 픽셀의 개략적인 레이아웃이다.
도 3a 및 3b는 도 2a의 I-I' 및 II-II'를 따라 절단한 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀들의 개념적인 종단면도들이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 전달 게이트 전극에 포지티브 전압 및 네거티브 전압이 각각 인가되었을 때 전자 및 정공들의 상태를 개념적으로 설명하는 도면들이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀들의 개념적인 종단면도들이다.
도 6a 내지 6g는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서를 형성하는 방법을 설명하는 종단면도들이다.
도 7a 내지 7h는 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서를 형성하는 방법을 설명하는 종단면도들이다.
도 2a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이의 개념적인 레이아웃이고, 및 도 2b는 상기 픽셀 어레이의 단위 픽셀의 개략적인 레이아웃이다.
도 3a 및 3b는 도 2a의 I-I' 및 II-II'를 따라 절단한 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀들의 개념적인 종단면도들이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 전달 게이트 전극에 포지티브 전압 및 네거티브 전압이 각각 인가되었을 때 전자 및 정공들의 상태를 개념적으로 설명하는 도면들이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀들의 개념적인 종단면도들이다.
도 6a 내지 6g는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서를 형성하는 방법을 설명하는 종단면도들이다.
도 7a 내지 7h는 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서를 형성하는 방법을 설명하는 종단면도들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 '접속된(connected to)' 또는 '커플링된(coupled to)' 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 '직접 접속된(directly connected to)' 또는 '직접 커플링된(directly coupled to)'으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 '아래(below)', '아래(beneath)', '하부(lower)', '위(above)', '상부(upper)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '아래(below)' 또는 '아래(beneath)'로 기술된 소자는 다른 소자의 '위(above)'에 놓여질 수 있다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
명세서 전문에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 이미지 센서(800)를 개략적으로 도시한 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예 의한 이미지 센서는 다수의 픽셀들이 매트릭스 구조로 배열된 픽셀 어레이(pixel array, 810), 상관 이중 샘플러(correlated double sampler, CDS, 820), 아날로그-디지털 컨버터(analog-digital converter, ADC, 830), 버퍼(Buffer, 840), 로우 드라이버(row driver, 850), 타이밍 제너레이터(timing generator, 860), 제어 레지스터(control register, 870), 및 램프 신호 제너레이터(ramp signal generator, 880)를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(810)는 매트릭스 구조로 배열된 다수의 픽셀들을 포함할 수 있다. 다수의 픽셀들은 각각 광학적 이미지 정보를 전기적 이미지 신호로 변환하여 컬럼 라인들(column lines)을 통하여 상관 이중 샘플러(820)로 전송할 수 있다. 다수의 픽셀들은 로우 라인들(row lines) 중 하나 및 컬럼 라인들(column lines) 중 하나와 각각 연결될 수 있다.
상관 이중 샘플러(820)는 픽셀 어레이(810)의 픽셀들로부터 수신된 전기적 이미지 신호를 유지(hold) 및 샘플링할 수 있다. 예를 들어, 상관 이중 샘플러(820)는 타이밍 제너레이터(860)로부터 제공된 클럭 신호에 따라 기준 전압 레벨과 수신된 전기적 이미지 신호의 전압 레벨을 샘플링하여 그 차이에 해당하는 아날로그적 신호를 아날로그-디지털 컨버터(830)로 전송할 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(830)는 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 버퍼(840)로 전송할 수 있다.
버퍼(840)는 수신된 디지털 신호를 래치(latch)하고 및 순차적으로 영상 신호 처리부 (미도시)로 출력할 수 있다. 버퍼(840)는 디지털 신호를 래치하기 위한 메모리 및 디지털 신호를 증폭하기 위한 감지 증폭기를 포함할 수 있다.
로우 드라이버(850)는 타이밍 제너레이터(860)의 신호에 따라 픽셀 어레이(810)의 다수의 픽셀들을 구동할 수 있다. 예를 들어, 로우 드라이버(850)는 다수의 로우 라인들(row lines) 중 하나의 로우 라인(row line)을 선택하기 위한 선택 신호들 및/또는 구동하기 위한 구동 신호들을 생성할 수 있다.
타이밍 제너레이터(860)는 상관 이중 샘플러(820), 아날로그-디지털 컨버터(830), 로우 드라이버(850), 및 램프 신호 제너레이터(880)를 제어하기 위한 타이밍 신호를 생성할 수 있다.
컨트롤 레지스터(870)는 버퍼(840), 타이밍 제너레이터(860), 및 램프 신호 제너레이터(880)를 컨트롤하기 위한 컨트롤 신호(들)을 생성할 수 있다.
램프 신호 제너레이터(880)는 타이밍 제너레이터(860)의 컨트롤에 따라 버퍼(840)로부터 출력되는 이미지 신호를 제어하기 위한 램프 신호를 생성할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이(PXA)의 개념적인 레이아웃이고, 및 도 2b는 상기 픽셀 어레이(PXA)의 단위 픽셀(Px)의 개략적인 레이아웃이다.
도 2a 및 2b를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀 어레이(PXA)는 매트릭스 형태를 갖도록 2차원적으로 배열된 다수 개의 단위 픽셀들(Px)을 포함할 수 있다. 각 하나의 단위 픽셀(Px)은 포토다이오드(PD), 플로팅 디퓨전 영역 (floating diffusion region) (FD), STI 영역 (shallow trench isolation region) (20), 및 전달 게이트 (transfer gate) (40)를 포함할 수 있다.
상기 단위 픽셀(Px)은 STI 영역(20)에 의해 정의되는 수평 활성 영역 (horizontal active region) (25H), 수직 활성 영역 (25V), 및 컨택 활성 영역(25C)을 더 포함할 수 있다. 상기 단위 픽셀(Px)은 수평 활성 영역(25H)과 중첩하는 제1 수평 게이트 전극(31) 및 제2 수평 게이트 전극(32), 및 수직 활성 영역(25V)과 중첩하는 수직 게이트 전극(36)을 더 포함할 수 있다.
포토다이오드(PD)는 단결정 실리콘 웨이퍼 또는 에피택셜 성장한 단결정 실리콘 층 내에 형성된 P형 영역 및 N형 영역을 포함할 수 있다. P형 영역은 보론(B, boron) 같은 P형 불순물을 포함할 수 있고, 및 N형 영역은 인(P, phosphorous) 또는 비소(As, arsenic) 같은 N형 불순물을 포함할 수 있다. 포토다이오드(PD)는 상면도에서 실질적 및 근사적으로 사각형 모양을 가질 수 있다.
플로팅 디퓨전 영역(FD)은 포토다이오드(PD)의 일부와 수직으로 중첩하도록 포토다이오드(PD)의 코너들 중 하나 상에 배치될 수 있다. 플로팅 디퓨전 영역 영역(FD)은 인(P, phosphorous) 또는 비소(As, arsenic) 같은 N형 불순물을 포함할 수 있다.
STI 영역(20)은 포토다이오드(PD)의 일부와 수직으로 중첩하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, STI 영역(20)은 포토다이오드(PD)의 상변과 인접한 영역 및 좌변과 인접한 영역과 수직으로 중첩하도록 엘보우 모양을 가질 수 있다. 또는, STI 영역(20)은 및 포토다이오드(PD)의 적어도 두 변들과 인접하도록 포토다이오드(PD) 상에 배치될 수 있다. STI 영역(20)은 수평 활성 영역(25H)을 정의하는 수평부, 및 수직 활성 영역(25V) 및 컨택 활성 영역(25C)을 정의하는 수직부를 포함할 수 있다.
제1 수평 게이트 전극(31) 및 제2 수평 게이트 전극(32)은 수평 활성 영역(25H)의 일부와 중첩할 수 있다. 예를 들어, 제1 수평 게이트 전극(31)은 드라이브 트랜지스터의 게이트 전극을 제공할 수 있고 및 제2 수평 게이트 전극(32)은 선택 트랜지스터의 게이트 전극을 제공할 수 있다. 따라서, 수평 활성 영역(25H)은 드라이브 트랜지스터 및 선택 트랜지스터의 소스 영역들, 드레인 영역들, 및 채널 영역들을 제공할 수 있다.
수직 게이트 전극(36)은 수직 활성 영역(25V)의 일부와 중첩할 수 있다. 예를 들어, 수직 게이트 전극()은 리셋 트랜지스터의 게이트 전극을 제공할 수 있고, 따라서 수직 활성 영역(25V)은 수직 게이트 전극(36)의 소스 영역, 드레인 영역, 및 채널 영역을 제공할 수 있다. 컨택 활성 영역(25C) 상에 트랜지스터들의 웰 영역들에 전압을 인가하기 위한 컨택 플러그가 배치될 수 있다. 수평 활성 영역(25H) 및 수직 활성 영역(25V)의 노출된 영역들 상에도 컨택 플러그들이 배치될 수 있다.
전달 게이트(40)는 포토다이오드(PD)의 적어도 두 변들과 인접하는 엘보우 모양을 가질 수 있다. 예를 들어, 포토다이오드(PD)의 하변 및 좌변과 접(abut) 하거나 인접할 수 있고, 상기 포토다이오드(PD)와 수직으로 중첩하지 않도록 배치될 수 있다. 전달 게이트(40)는 STI 영역(20)과 함께 포토다이오드(PD)의 외곽(perimeter)을 감싸거나 또는 중첩하는 사각형을 형성할 수 있다. 전달 게이트(40)는 전달 게이트 절연층(41) 및 전달 게이트 전극(43)을 포함할 수 있다. 전달 게이트 절연층(41)은 전달 게이트 전극(43) 내면 및 외면을 둘러쌀 수 있다. 따라서, 전달 게이트 절연층(31)은 포토다이오드(PD)와 전달 게이트 전극(43)의 사이, 및 플로팅 디퓨전 영역(FD)과 전달 게이트 전극(43)의 사이에 개재될 수 있다.
도 3a 및 3b는 도 2a의 I-I' 및 II-II'를 따라 절단한 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀들(Px)의 개념적인 종단면도들이다.
도 3a 및 3b를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀들(Px)은 기판(10) 내에 형성된 포토다이오드들(PD), STI 영역들(20), 플로팅 디퓨전 영역들(FD), 및 전달 게이트들(40), 기판(10)의 하면 상에 형성된 게이트 전극들(36), 층간 절연층(50), 및 금속 배선들(60), 및 기판(10)의 상면 상에 형성된 컬러 필터들(70) 및 마이크로렌즈들(80)을 포함할 수 있다.
전달 게이트들(40)은 포토다이오드들(PD)의 사이에 형성된 딥 트렌치들(Td)(deep trenches)의 측벽들 상에 컨포멀하게 형성된 전달 게이트 절연층들(41), 및 딥 트렌치들(Td)을 채우도록 전달 게이트 절연층들(41)로 둘러싸이는 전달 게이트 전극들(43)을 포함할 수 있다. 딥 트렌치들(Td)은 포토다이오드들(PD)의 외측면을 감싸도록 형성될 수 있다. 딥 트렌치들(Td)은 포토다이오드들(PD)의 측면들의 수직 높이보다 큰 깊이를 가질 수 있다. 즉, 딥 트렌치들(Td)은 기판(10)을 완전히 수직으로 관통할 수 있다. 전달 게이트 절연층들(41)은 딥 트렌치들(Td) 내부에 노출된 기판(10)의 측면들이 산화되어 형성된 산화된 실리콘(oxidized silicon)을 포함할 수 있다. 전달 게이트 전극들(43)은 도프드 폴리-실리콘 같은 전도체를 포함할 수 있다. 전달 게이트들(40)은 포토다이오드들(PD)과 플로팅 디퓨전 영역들(FD) 사이의 수직한 채널(CH)을 제공할 수 있다. 채널들(CH)을 제공하는 전달 게이트들(40)과 포토다이오드들(PD) 간의 간격들(D1)은 전달 게이트들(40)과 인접한 다른 픽셀의 포토다이오드들(PD) 사이의 간격들(D2)보다 작을 수 있다. 즉, 전달 게이트들(40)과 동일한 픽셀의 포토다이오드들(PD) 사이의 거리가 전달 게이트들(40)과 인접한 다른 픽셀의 포토다이오드들(PD)의 거리보다 가까울 수 있다.
STI 영역들(20)은 인접한 다른 픽셀의 전달 게이트들(40)의 일 측면과 인접하도록 배치될 수 있다. STI 영역들(20)은 활성 영역들(20)을 정의할 수 있고, 및 채널들(CH)이 확장되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 픽셀의 전달 게이트(40)가 활성화될 때, 인접한 다른 픽셀의 포토다이오드(PD) 내의 전하들이 영향을 받지 않도록 다른 픽셀에 채널(CH)이 생기는 것을 방지할 수 있다.
STI 영역들(20) 및 활성 영역들(25) 상에 게이트 전극들(36)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극들(36)은 리셋 게이트 전극들에 해당하는 것으로 도시되었으나, 게이트 전극들(36)은 드라이브 게이트 전극들 또는 리셋 게이트 전극들로 이해될 수 있다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 전달 게이트 전극(43)에 포지티브(+) 전압 및 네거티브(-) 전압이 각각 인가되었을 때 광전자들() 및 정공들()의 상태를 개념적으로 설명하는 도면들이다. 도 4a를 참조하면, 전달 게이트 전극(43)에 포지티브(+) 전압이 인가되면, 동일한 픽셀의 포토다이오드(PD1) 내의 광전자들()은 동일한 픽셀 내의 플로팅 디퓨전 영역(FD)으로 이동할 수 있다. 그러나, 인접한 다른 픽셀의 포토다이오드(PD2) 내의 광전자들()은 측벽에 인접하게 축적된 상태를 보일 수 있다. 인접한 다른 픽셀의 포토다이오드(PD2) 내의 광전자들()의 이동은 STI 영역(20)에 의하여 제한될 수 있다. 도 4b를 참조하면, 전달 게이트 전극(43)에 네거티브(-) 전압이 인가되면, 동일한 픽셀 및 인접한 다른 픽셀의 포토다이오드들(PD1, PD2) 내의 정공들()이 전달 게이트 전극(43)와 인접한 측벽들 상에 축적될 수 있다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀들의 개념적인 종단면도들이다. 도 5a 및 5b를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서의 픽셀들은 도 3a 및 3b를 참조하여 설명된 이미지 센서의 픽셀들과 비교하여, 딥 트렌치들(Td)의 일부를 채우는 갭필 절연물(45), 및 딥 트렌치들(Td)의 일부 내에 부분적으로 형성된 전달 게이트들(40)을 포함할 수 있다. 상세하게, 딥 트렌치들(Td)의 컬러 필터들(70)과 가까운 부분들은 트렌치 절연물(45)로 채워질 수 있고, 및 딥 트렌치(Td)의 플로팅 디퓨전 영역들(FD)과 가까운 부분들은 전달 게이트들(40)이 형성될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의하면 전달 게이트들(40)이 딥 트렌치들(Td) 내에 형성되므로 전달 게이트들(40)의 수평 점유 면적들이 필요하지 않다. 본 발명의 기술적 사상에 의하면, 포토다이오드들(PD)과 플로팅 디퓨전 영역들(FD)이 수직하게 중첩하므로 포토다이오드들(PD)의 수평 점유 면적들이 넓어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상에 의하면 이미지 센서의 수광 영역이 커질 수 있으므로 광 센싱 기능이 개선된다.
본 발명의 기술적 사상에 의하면, 포토다이오드들(PD) 및 플로팅 디퓨전 영역들(FD)의 두 면을 채널 영역으로 이용할 수 있으므로 채널(CH)의 폭이 넓어질 수 있다. 따라서, 전달 게이트들(40)의 드라이빙 능력이 개선된다.
본 발명의 기술적 사상에 의하면, 비동작 모드에서 전달 게이트 전극들(43)에 네거티브(-) 전압이 인가되면 전달 게이트들(43)과 포토다이오드들(FD) 사이에 정공들이 축적될 수 있다. 따라서, 암 전류가 감소 및 방지될 수 있다.
도 6a 내지 6h는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서를 형성하는 방법을 설명하는 종단면도들이다. 예를 들어, 도 2a의 III-III' 및 IV-IV'를 따라 절단한 종단면도들이다.
도 6a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 이미지 센서를 형성하는 방법은 기판(10) 내에 활성 영역들(25)을 정의하는 STI 영역들(20)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. STI 영역들(20)을 형성하는 것은 STI (shallow trench isolation) 형성 공정을 수행하여 기판(10) 내에 쉘로우 트렌치를 형성하고 및 쉘로우 트렌치 내에 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물 같은 트렌치 절연물을 채우는 것을 포함할 수 있다. 기판(10)은 단결정 실리콘 웨이퍼 또는 에피택셜 성장한 단결정 실리콘 층을 포함할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 상기 방법은 기판(10) 내에 포토다이오드들(PD) 및 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 포토다이오드들(PD)을 형성하는 것은 기판(10) 내에 보론(B, boron) 같은 P형 불순물을 임플란트하는 공정 및 인(P, phosphorous) 또는 비소(As, arsenic) 같은 N형 불순물을 임플란트하는 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 플로팅 디퓨전 영역들(FD)을 형성하는 것은 기판(10) 내에 인(P, phosphorous) 또는 비소(As, arsenic) 같은 N형 불순물을 임플란트하는 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
도 6c를 참조하면, 상기 방법은 기판(10) 상에 트렌치 마스크(Mt)를 형성하고, 트렌치 마스크(Mt)를 에칭 마스크로 이용하는 에칭 공정을 이용하여 포토다이오드들(PD) 사이에 딥 트렌치들(Td)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 트렌치 마스크(Mt)는 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 또는 그 조합 중 적어도 하나를 포함하는 하드 마스크를 포함할 수 있다. 도 2a 및 2b를 더 참조하여, 딥 트렌치들(Td)은 상면도에서 포토다이오드들(PD)의 두 변들과 인접하는 엘보우 모양을 가질 수 있다. 딥 트렌치들(Td)은 양 쪽의 포토다이오드들(PD)과 동일한 거리로 이격되지 않고, 편향 배치될 수 있다. 예를 들어, 딥 트렌치들(Td)은 좌측의 포토다이오드들(PD)과 상대적으로 가깝고 및 우측의 포토다이오드들(PD)과 상대적으로 멀게 편향 배치될 수 있다. 딥 트렌치들(Td)은 포토다이오드들(PD)의 높이보다 깊게 형성될 수 있다.
도 6d를 참조하면, 상기 방법은 산화 공정을 수행하여 딥 트렌치들(Td)의 노출된 측벽 및 바닥면 상에 산화된 실리콘 층(oxidized silicon layer)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 산화 공정은 열적 라디칼 산화 공정(thermal radical oxidation process) 또는 플라즈마 라디칼 산화 공정 (plasma radical oxidation process)를 포함할 수 있다. 이후, 트렌치 마스크(Mt)는 제거될 수 있다.
도 6e를 참조하면, 상기 방법은 증착 공정을 수행하여 딥 트렌치들()의 산화된 실리콘 층 상에 게이트 전극 물질층을 형성하고, 및 CMP (chemical mechanical polishing) 같은 평탄화 공정을 수행하여 전달 게이트 절연층(41) 및 전달 게이트 전극(43)을 포함하는 전달 게이트들(40)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 게이트 전극 물질층을 형성하는 것은 증착 공정을 수행하여 도프드 폴리 실리콘을 딥 트렌치들(Td) 내에 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 6f를 참조하면, 상기 방법은 활성 영역(25) 상에 픽셀 게이트 전극(30)을 형성하고, 및 층간 절연층(50) 및 다층의 금속 배선들(60)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 픽셀 게이트 전극(30)을 형성하는 것은 증착 공정을 수행하여 게이트 전극 물질층을 형성하고, 및 포토리소그래피/에칭 공정을 수행하여 게이트 전극 물질층을 패터닝하는 것을 포함할 수 있다. 픽셀 게이트 전극(30)은 리셋 게이트 전극, 드라이브 게이트 전극, 또는 선택 게이트 전극 중 적어도 하나를 제공할 수 있다. 층간 절연층(50)을 형성하는 것은 증착 공정을 수행하여 TEOS(tetra-ethyl-ortho-silicate) 같은 실리콘 산화물을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 다층의 금속 배선들(60)을 형성하는 것은 증착 공정들, 포토리소그래피 공정들, 및 에칭 공정들을 다수 회 반복하는 것을 포함할 수 있다.
도 6g를 참조하면, 상기 방법은 기판(10)을 뒤집고, 씨닝(thinning) 공정을 수행하여 전달 게이트(40)가 노출되도록 기판(10)의 상부를 부분적으로 제거하고, 및 씨닝된 기판(10) 상에 컬러 필터들(70) 및 마이크로렌즈들(80)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 씨닝 공정은 그라인딩 공정 및/또는 에치-백 공정을 포함할 수 있다. 상기 방법은 컬러 필터들(70)의 하부 또는 상부에 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함하는 평탄화 층 또는 반사 방지층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
도 7a 내지 7h는 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서를 형성하는 방법을 설명하는 종단면도들이다.
도 7a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 이미지 센서를 형성하는 방법은 기판(10) 내에 포토다이오드들(PD) 및 플로팅 디퓨전 영역들(FD)을 형성하고, 딥 트렌치들 및 쉘로우 트렌치들을 형성하고, 및 딥 트렌치들 내에 형성된 갭필 절연물(gap-fill insulator)(45) 및 쉘로우 트렌치들 내에 형성된 STI 영역들(20)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 갭필 절연물(45) 및 STI 영역들(20)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. STI 영역들(20)은 활성 영역(25)을 정의할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 상기 방법은 리세싱 마스크(Mr)를 형성하고, 및 리세스 공정(recessing process) 또는 에칭 공정을 수행하여 딥 트렌치들(Td) 내의 갭필 절연물(45)의 상면을 리세스하여 게이트 트렌치들(40t)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 이후, 리세싱 마스크(Mr)는 제거될 수 있다.
도 7c를 참조하면, 상기 방법은 게이트 트렌치들(40t)의 내벽들 상에 산화된 실리콘을 포함하는 절연물 층을 형성하고, 절연물 층 상에 게이트 트렌치(40t)를 채우는 전극 물질 층을 형성하고, 및 CMP 공정을 수행하여 전달 게이트 절연층(41) 및 전달 게이트 전극(43)을 가진 전달 게이트(40)를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 7d를 참조하면, 상기 방법은 활성 영역(25) 상에 픽셀 게이트 전극(30)을 형성하고, 및 층간 절연층(50) 및 다층의 금속 배선들(60)을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 7e를 참조하면, 상기 방법은 기판(10)을 뒤집고, 및 씨닝(thinning) 공정을 수행하여 갭필 절연물(45)이 노출되도록 기판(10)의 상부를 부분적으로 제거하고, 및 씨닝된 기판() 상에 컬러 필터들(70) 및 마이크로렌즈들(80)을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 의한 픽셀들을 가진 이미지 센서들 중 적어도 하나를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 도시한 다이아그램이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 다양한 실시예들에 따른 픽셀들을 가진 이미지 센서들 중 적어도 하나를 구비한 전자 장치는 정지 영상 또는 동영상을 촬영할 수 있는 카메라를 포함할 수 있다. 전자 장치는 광학 시스템(910, 또는, 광학 렌즈), 셔터 유닛(911), 이미지 센서(900) 및 셔터 유닛(911)을 제어/구동하는 구동부(913) 및 신호 처리부(912)를 포함할 수 있다.
광학 시스템(910)은 피사체로부터의 이미지 광(입사광)을 이미지 센서(900)의 픽셀 어레이(도 1의 도면부호 '100' 참조)로 안내한다. 광학 시스템(910)은 복수의 광학 렌즈로 구성될 수 있다. 셔터 유닛(911)은 이미지 센서(900)에 대한 광 조사 기간 및 차폐 기간을 제어한다. 구동부(913)는 이미지 센서(900)의 전송 동작과 셔터 유닛(911)의 셔터 동작을 제어한다. 신호 처리부(912)는 이미지 센서(900)로부터 출력된 신호에 관해 다양한 종류의 신호 처리를 수행한다. 신호 처리 후의 이미지 신호(Dout)는 메모리 등의 저장 매체에 저장되거나, 모니터 등에 출력된다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
PXA: 픽셀 어레이
Px: 단위 픽셀
PD, PD1, PD2: 포토다이오드
FD: 플로팅 디퓨전 영역
10: 기판
20: STI 영역
25: 활성 영역
25H: 수평 활성 영역
25V: 수직 활성 영역
25C: 컨택 활성 영역
30: 픽셀 게이트 전극
31: 제1 수평 게이트 전극
32: 제2 수평 게이트 전극
36: 수직 게이트 전극
40: 전달 게이트
41: 전달 게이트 절연층
43: 전달 게이트 전극
45: 갭필 절연물
50: 층간 절연층
60: 금속 배선들
Td: 딥 트렌치
Mt: 트렌치 마스크
Mr: 리세싱 마스크
Px: 단위 픽셀
PD, PD1, PD2: 포토다이오드
FD: 플로팅 디퓨전 영역
10: 기판
20: STI 영역
25: 활성 영역
25H: 수평 활성 영역
25V: 수직 활성 영역
25C: 컨택 활성 영역
30: 픽셀 게이트 전극
31: 제1 수평 게이트 전극
32: 제2 수평 게이트 전극
36: 수직 게이트 전극
40: 전달 게이트
41: 전달 게이트 절연층
43: 전달 게이트 전극
45: 갭필 절연물
50: 층간 절연층
60: 금속 배선들
Td: 딥 트렌치
Mt: 트렌치 마스크
Mr: 리세싱 마스크
Claims (20)
- 기판 내에 형성된 포토다이오드, 상기 포토다이오드는 상면도에서 실질적으로 사각형 모양을 갖고;
상기 포토다이오드의 제1 일부와 수직으로 중첩하는 플로팅 디퓨전 영역;
상기 포토다이오드의 제2 일부와 수직으로 중첩하고 엘보우 모양을 갖는 STI 영역, 상면도에서 상기 STI 영역은 상기 포토다이오드의 제1변과 인접하고 및 평행하게 연장하는 제1 활성 영역, 및 상기 포토다이오드의 제2변과 인접하고 및 평행하게 연장하는 제2 활성 영역을 정의하고; 및
상기 상면도에서 상기 포토다이오드의 제3변 및 상기 제3변과 수직하게 인접하는 제4변과 인접하고 엘보우 모양을 갖는 딥 트렌치, 종단면도에서 상기 딥 트렌치는 상기 포토다이오드의 적어도 두 측면들을 감싸고 및 상기 포토다이오드의 상기 측면들의 길이보다 큰 깊이를 갖고;
상기 딥 트렌치 내에 형성되어 상기 포토다이오드의 상기 두 측면들을 감싸는 전달 게이트 전극; 및
상기 제1 및 제2 활성 영역들 상의 픽셀 게이트 전극들을 포함하고,
상기 종단면도에서 상기 제1 활성 영역 및 상기 제2 활성 영역은 상기 포토다이오드와 수직으로 중첩하고,
픽셀 트랜지스터 전극들은 드라이브 게이트 전극, 선택 게이트 전극, 및 리셋 게이트 전극을 포함하고,
상기 종단면도에서, 상기 전달 게이트 전극과 상기 픽셀 게이트 전극들은 수평 방향으로 중첩하지 않도록 상기 전달 게이트 전극은 상기 기판 내에 형성되고, 상기 픽셀 게이트 전극들은 상기 기판의 상면 상에 형성되는 이미지 센서.
- ◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 플로팅 디퓨전 영역은 상기 포토다이오드의 코너들 중 하나 상에 수직으로 중첩하도록 배치된 이미지 센서.
- 삭제
- 삭제
- ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 전달 게이트 전극은 상기 포토다이오드와 수직으로 중첩하지 않는 이미지 센서.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 기판 내에 서로 인접하게 형성된 제1 포토다이오드 및 제2 포토다이오드;
종단면도에서 상기 제1 및 제2 포토다이오드들 사이로 수직으로 연장하는 딥 트렌치, 상기 딥 트렌치는 상기 제1 포토다이오드의 적어도 두 측면들 및 상기 제2 포토다이오드의 하나의 측면을 감싸고 및 상기 제1 및 제2 포토다이오드들의 수직 길이들보다 큰 깊이를 갖고;
상기 딥 트렌치 내에 형성되어 상기 제1 포토다이오드의 상기 두 측면들 및 상기 제2 포토다이오드의 상기 하나의 측면을 감싸는 전달 게이트 전극;
상기 딥 트렌치의 일 측면과 인접하고 상기 제1 포토다이오드의 일부와 수직으로 중첩하는 플로팅 디퓨전 영역;
상기 딥 트렌치의 타 측면과 인접하고 상기 제2 포토다이오드의 일부와 수직으로 중첩하는 STI 영역, 상면도에서, 상기 STI 영역은 상기 제1 포토다이오드의 제1변과 인접하고 및 평행하게 연장하는 제1 활성 영역, 및 상기 제1 포토다이오드의 제2변과 인접하고 및 평행하게 연장하는 제2 활성 영역을 정의하고; 및
상기 제1 및 제2 활성 영역들 상의 픽셀 게이트 전극들을 포함하고,
상기 픽셀 게이트 전극들은 드라이브 게이트 전극, 선택 게이트 전극, 및 리셋 게이트 전극을 포함하고,
종단면도에서, 상기 전달 게이트 전극과 상기 픽셀 게이트 전극들은 수평 방향으로 중첩하지 않도록 상기 전달 게이트 전극은 상기 기판 내에 형성되고, 상기 픽셀 게이트 전극들은 상기 기판의 상면 상에 형성되는 이미지 센서.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제9항에 있어서,
상기 딥 트렌치는 상기 기판을 완전히 수직으로 관통하는 이미지 센서.
- ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제9항에 있어서,
상기 딥 트렌치의 일부를 채우는 갭필 절연물을 더 포함하는 이미지 센서.
- ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제9항에 있어서,
상기 전달 게이트 전극과 상기 제1 포토다이오드의 제1 간격은 상기 전달 게이트 전극과 상기 제2 포토다이오드의 제2 간격보다 작은 이미지 센서.
- 매트릭스 형태로 배열된 다수 개의 단위 픽셀들을 포함하고,
상기 단위 픽셀들은 각각:
기판 내에 형성되고 상면도에서 실질적으로 사각형 모양을 갖는 포토다이오드;
상기 포토다이오드의 제1변 및 상기 제1변과 수직하게 인접하는 제2변과 인접하고 상기 포토다이오드와 수직으로 중첩하는 STI 영역, 상면도에서 상기 STI 영역은 상기 포토다이오드의 상기 제1변과 인접하고 및 평행하게 연장하는 제1 활성 영역 및 상기 포토다이오드의 상기 제2변과 인접하고 및 평행하게 연장하는 제2 활성 영역을 정의하고;
상기 상면도에서 상기 포토다이오드의 제3변 및 상기 제3변과 수직으로 인접하는 제4변과 인접하고, 종단면도에서 상기 포토다이오드의 적어도 두 외측 면들을 감싸는 딥 트렌치, 상기 딥 트렌치는 상기 포토다이오드의 상기 외측면들의 수직 길이보다 큰 수직 깊이를 갖고;
상기 딥 트렌치 내에 형성되어 상기 포토다이오드의 상기 두 외측 면들을 감싸는 전달 게이트 전극; 및
상기 전달 게이트 전극과 인접하고 상기 포토다이오드의 일부와 수직으로 중첩하는 플로팅 디퓨전 영역; 및
상기 제1 및 제2 활성 영역들 상에 형성된 픽셀 게이트 전극들, 상기 픽셀 게이트 전극들은 드라이브 게이트 전극, 선택 게이트 전극, 및 리셋 게이트 전극을 포함하고,
상기 종단면도에서, 상기 전달 게이트 전극과 상기 픽셀 게이트 전극들은 수평 방향으로 중첩하지 않도록 상기 전달 게이트 전극은 상기 기판 내에 형성되고, 상기 픽셀 게이트 전극들은 상기 기판의 상면 상에 형성되는 이미지 센서.
- ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제16항에 있어서,
상기 STI 영역 및 상기 전달 게이트 전극은 각각, 상면도에서 엘보우 모양을 갖는 이미지 센서.
- ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제17항에 있어서,
상기 STI 영역과 상기 전달 게이트 전극은 함께 상면도에서 사각형을 형성하는 이미지 센서. - 삭제
- 삭제
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160079252A KR102546550B1 (ko) | 2016-06-24 | 2016-06-24 | 딥 트렌치들 내의 전달 게이트들을 갖는 이미지 센서 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180000933A KR20180000933A (ko) | 2018-01-04 |
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Family
ID=60677959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160079252A KR102546550B1 (ko) | 2016-06-24 | 2016-06-24 | 딥 트렌치들 내의 전달 게이트들을 갖는 이미지 센서 |
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| JP2020035916A (ja) * | 2018-08-30 | 2020-03-05 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 撮像装置および電子機器 |
| US11276721B2 (en) * | 2019-06-10 | 2022-03-15 | Gigajot Technology, Inc. | CMOS image sensors with per-pixel micro-lens arrays |
| FR3098988B1 (fr) * | 2019-07-19 | 2022-08-26 | St Microelectronics Crolles 2 Sas | Capteur d'image |
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| CN110676276B (zh) * | 2019-10-23 | 2021-07-23 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及其形成方法和操作方法 |
| WO2021117523A1 (ja) * | 2019-12-09 | 2021-06-17 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 固体撮像素子及び電子機器 |
| CN112951861A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-06-11 | 宁波飞芯电子科技有限公司 | 一种图像传感器 |
| JPWO2022249575A1 (ko) * | 2021-05-27 | 2022-12-01 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007234874A (ja) * | 2006-03-01 | 2007-09-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置の製造方法 |
| JP2011159757A (ja) * | 2010-01-29 | 2011-08-18 | Sony Corp | 固体撮像装置とその製造方法、固体撮像装置の駆動方法、及び電子機器 |
| JP2015138851A (ja) * | 2014-01-21 | 2015-07-30 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6888214B2 (en) | 2002-11-12 | 2005-05-03 | Micron Technology, Inc. | Isolation techniques for reducing dark current in CMOS image sensors |
| KR100809323B1 (ko) | 2006-01-31 | 2008-03-05 | 삼성전자주식회사 | 크로스토크가 감소하고 감도가 증가한 이미지 센서 |
| EP2133918B1 (en) * | 2008-06-09 | 2015-01-28 | Sony Corporation | Solid-state imaging device, drive method thereof and electronic apparatus |
| US8247854B2 (en) | 2009-10-08 | 2012-08-21 | Electronics And Telecommunications Research Institute | CMOS image sensor |
| KR101867488B1 (ko) * | 2012-01-10 | 2018-06-14 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 |
| KR20140006370A (ko) | 2012-07-04 | 2014-01-16 | 삼성전자주식회사 | 반도체 소자 |
| US9105546B2 (en) | 2012-09-19 | 2015-08-11 | Semiconductor Components Industries, Llc | Imaging systems with backside illuminated near infrared imaging pixels |
| US9496304B2 (en) | 2013-08-15 | 2016-11-15 | Omnivision Technologies, Inc. | Image sensor pixel cell with switched deep trench isolation structure |
| KR102255183B1 (ko) * | 2014-02-21 | 2021-05-24 | 삼성전자주식회사 | 수직형 트랜지스터를 갖는 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
| KR102244679B1 (ko) | 2014-07-15 | 2021-04-27 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 및 이미지 센서의 동작 방법 |
| JP2016136584A (ja) * | 2015-01-23 | 2016-07-28 | 株式会社東芝 | 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法 |
-
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-
2017
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007234874A (ja) * | 2006-03-01 | 2007-09-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置の製造方法 |
| JP2011159757A (ja) * | 2010-01-29 | 2011-08-18 | Sony Corp | 固体撮像装置とその製造方法、固体撮像装置の駆動方法、及び電子機器 |
| JP2015138851A (ja) * | 2014-01-21 | 2015-07-30 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置 |
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