KR20230127113A - Image sensor - Google Patents
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Abstract
이미지 센서는, 픽셀 영역을 포함하는 기판, 상기 기판의 상기 픽셀 영역 내에 배치되고 제1 방향으로 이웃하는 제1 광전변환영역 및 제2 광전변환영역, 상기 기판을 관통하고 상기 픽셀 영역을 둘러싸는 깊은 소자분리패턴, 상기 깊은 소자분리패턴은 상기 제1 광전변환영역 및 상기 제2 광전변환영역 사이에서 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 연장되는 제1 연장부들을 포함하고, 상기 제1 연장부들은 상기 제2 방향으로 서로 이격되는 것, 상기 기판의 상기 픽셀 영역 상에 배치되고 상기 제1 광전변환영역과 수직적으로 중첩하는 복수의 제1 전송 게이트 전극들, 및 상기 기판의 상기 픽셀 영역 상에 배치되고 상기 제2 광전변환영역과 수직적으로 중첩하는 복수의 제2 전송 게이트 전극들을 포함한다. 상기 제1 광전변환영역은 상기 복수의 제1 전송 게이트 전극들 아래에서 상기 제2 방향으로 연장된다.The image sensor includes a substrate including a pixel area, a first photoelectric conversion area and a second photoelectric conversion area disposed in the pixel area of the substrate and adjacent to each other in a first direction, and a deep substrate penetrating the substrate and surrounding the pixel area. The device isolation pattern, the deep device isolation pattern includes first extensions extending in a second direction crossing the first direction between the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region, wherein the first extension is The parts are spaced apart from each other in the second direction, a plurality of first transfer gate electrodes disposed on the pixel region of the substrate and vertically overlapping the first photoelectric conversion region, and on the pixel region of the substrate. and a plurality of second transfer gate electrodes disposed on and vertically overlapping the second photoelectric conversion region. The first photoelectric conversion region extends under the plurality of first transfer gate electrodes in the second direction.
Description
본 발명은 이미지 센서에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 씨모스(CMOS) 이미지 센서에 대한 것이다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly to a CMOS image sensor.
이미지 센서는 광학 영상(Optical image)을 전기신호로 변환하는 반도체 소자이다. 최근 들어 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대하고 있다. 이미지 센서는 CCD(Charge coupled device) 형 및 CMOS(Complementary metal oxide semiconductor) 형으로 분류될 수 있다. CMOS 형 이미지 센서는 CIS(CMOS image sensor)라고 약칭된다. 상기 CIS는 2차원적으로 배열된 복수 개의 픽셀들을 구비한다. 상기 픽셀들 각각은 포토 다이오드(photodiode, PD)를 포함한다. 상기 포토다이오드는 입사되는 광을 전기 신호로 변환해주는 역할을 한다. 상기 복수 개의 픽셀들은 이들 사이에 배치되는 깊은 소자분리패턴(deep isolation pattern)에 의해 정의된다.An image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal. Recently, with the development of computer and communication industries, demand for image sensors with improved performance is increasing in various fields such as digital cameras, camcorders, personal communication systems (PCS), game devices, security cameras, and medical micro cameras. Image sensors may be classified into a charge coupled device (CCD) type and a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) type. The CMOS image sensor is abbreviated as CIS (CMOS image sensor). The CIS includes a plurality of pixels two-dimensionally arranged. Each of the pixels includes a photodiode (PD). The photodiode serves to convert incident light into an electrical signal. The plurality of pixels are defined by a deep isolation pattern disposed therebetween.
본 발명에 이루고자 하는 일 기술적 과제는 단위 픽셀의 전하 이동(charge transfer) 특성을 개선할 수 있는 이미지 센서를 제공하는데 있다. One technical problem to be achieved by the present invention is to provide an image sensor capable of improving charge transfer characteristics of unit pixels.
본 발명에 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 단위 픽셀의 전하 저장 용량(full well capacity)을 증가시킬 수 있는 이미지 센서를 제공하는데 있다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide an image sensor capable of increasing a charge storage capacity (full well capacity) of a unit pixel.
본 발명에 따른 이미지 센서는, 픽셀 영역을 포함하는 기판; 상기 기판의 상기 픽셀 영역 내에 배치되고 제1 방향으로 이웃하는 제1 광전변환영역 및 제2 광전변환영역; 상기 기판을 관통하고 상기 픽셀 영역을 둘러싸는 깊은 소자분리패턴, 상기 깊은 소자분리패턴은 상기 제1 광전변환영역 및 상기 제2 광전변환영역 사이에서 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 연장되는 제1 연장부들을 포함하고, 상기 제1 연장부들은 상기 제2 방향으로 서로 이격되는 것; 상기 기판의 상기 픽셀 영역 상에 배치되고 상기 제1 광전변환영역과 수직적으로 중첩하는 복수의 제1 전송 게이트 전극들; 및 상기 기판의 상기 픽셀 영역 상에 배치되고 상기 제2 광전변환영역과 수직적으로 중첩하는 복수의 제2 전송 게이트 전극들을 포함할 수 있다. 상기 제1 광전변환영역은 상기 복수의 제1 전송 게이트 전극들 아래에서 상기 제2 방향으로 연장될 수 있다. An image sensor according to the present invention includes a substrate including a pixel area; a first photoelectric conversion region and a second photoelectric conversion region disposed in the pixel region of the substrate and adjacent to each other in a first direction; a deep device isolation pattern penetrating the substrate and surrounding the pixel region, the deep device isolation pattern extending in a second direction intersecting the first direction between the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region; including first extensions, wherein the first extensions are spaced apart from each other in the second direction; a plurality of first transfer gate electrodes disposed on the pixel region of the substrate and vertically overlapping the first photoelectric conversion region; and a plurality of second transfer gate electrodes disposed on the pixel region of the substrate and vertically overlapping the second photoelectric conversion region. The first photoelectric conversion region may extend in the second direction under the plurality of first transfer gate electrodes.
본 발명에 따른 이미지 센서는, 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 갖는 기판, 상기 기판은 픽셀 영역을 포함하는 것; 상기 제1 면에 수직한 방향을 따라 상기 기판을 관통하는 깊은 소자분리패턴, 상기 깊은 소자분리패턴은 상기 제1 면에 평행하고 서로 교차하는 제1 방향 및 제2 방향을 따라 상기 픽셀 영역을 둘러싸는 것; 상기 기판의 상기 픽셀 영역 내에 배치되고 상기 제1 방향으로 서로 이웃하는 제1 광전변환영역 및 제2 광전변환영역, 상기 깊은 소자분리패턴은 상기 제1 광전변환영역 및 상기 제2 광전변환영역 사이에서 상기 제2 방향으로 연장되는 제1 연장부들을 포함하고, 상기 제1 연장부들은 상기 제2 방향으로 서로 이격되는 것; 상기 기판의 상기 픽셀 영역 상에, 그리고 상기 제1 광전변환영역 상에 배치되는 복수의 제1 전송 게이트 전극들; 및 상기 기판의 상기 픽셀 영역 상에, 그리고 상기 제2 광전변환영역 상에 배치되는 복수의 제2 전송 게이트 전극들을 포함할 수 있다. 상기 제1 광전변환영역은 상기 제2 방향을 따라 상기 제1 연장부들 중 하나의 일 측에서 상기 제1 연장부들 중 다른 하나의 일 측으로 연장될 수 있고, 상기 제2 광전변환영역은 상기 제2 방향을 따라 상기 제1 연장부들 중 상기 하나의 타측에서 상기 제1 연장부들 중 상기 다른 하나의 타측으로 연장될 수 있다.An image sensor according to the present invention includes a substrate having first and second surfaces facing each other, the substrate including a pixel area; A deep device isolation pattern penetrating the substrate along a direction perpendicular to the first surface, the deep device isolation pattern surrounding the pixel area along first and second directions that are parallel to the first surface and cross each other. that; A first photoelectric conversion region and a second photoelectric conversion region disposed in the pixel region of the substrate and adjacent to each other in the first direction, and the deep device isolation pattern are interposed between the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region. including first extensions extending in the second direction, the first extensions being spaced apart from each other in the second direction; a plurality of first transfer gate electrodes disposed on the pixel region of the substrate and on the first photoelectric conversion region; and a plurality of second transfer gate electrodes disposed on the pixel region of the substrate and on the second photoelectric conversion region. The first photoelectric conversion region may extend from one side of one of the first extensions to one side of the other of the first extensions along the second direction, and the second photoelectric conversion region may extend from one side of the first extensions to another side of the first extensions, and It may extend from the other side of the one of the first extensions to the other side of the other of the first extensions along the direction.
본 발명의 개념에 따르면, 각 픽셀 영역은 서로 이웃하는 제1 광전변환영역 및 제2 광전변환영역 포함할 수 있고, 깊은 소자분리패턴은 상기 1 광전변환영역 및 상기 제2 광전변환영역 사이로 연장되는 제1 연장부들 및 상기 1 광전변환영역 및 상기 제2 광전변환영역 내로 각각 연장되는 제2 연장부들을 포함할 수 있다. 이 경우, 각 픽셀 영역은 복수의 포토 다이오드들을 포함하도록 구성될 수 있고, 이에 따라, 각 픽셀 영역의 전하 저장 용량이 증가될 수 있다. 더하여, 복수의 제1 전송 게이트 전극들이 상기 제1 광전변환영역 상에 배치될 수 있고, 복수의 제2 전송 게이트 전극들이 상기 제2 광전변환영역 상에 배치될 수 있다. 이에 따라, 각 픽셀 영역의 전하 이동 특성이 개선될 수 있다.According to the concept of the present invention, each pixel area may include a first photoelectric conversion region and a second photoelectric conversion region adjacent to each other, and a deep device isolation pattern extends between the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region. It may include first extension parts and second extension parts extending into the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region, respectively. In this case, each pixel area may be configured to include a plurality of photodiodes, and thus, the charge storage capacity of each pixel area may be increased. In addition, a plurality of first transfer gate electrodes may be disposed on the first photoelectric conversion region, and a plurality of second transfer gate electrodes may be disposed on the second photoelectric conversion region. Accordingly, charge transfer characteristics of each pixel region may be improved.
따라서, 단위 픽셀의 전하 이동 특성 및 전하 저장 용량을 개선할 수 있는 이미지 센서가 제공될 수 있다. Accordingly, an image sensor capable of improving charge transfer characteristics and charge storage capacity of a unit pixel may be provided.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 평면도이다.
도 4는 도 3의 일부 구성들의 도시가 생략된 평면도이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 도 3의 A-A' 및 B-B'에 따른 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 평면도이다.
도 7은 도 6의 일부 구성들의 도시가 생략된 평면도이다.
도 8a, 도 8b, 도 8c 및 도 8d는 각각 도 3의 A-A', B-B', C-C' 및 D-D'에 따른 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 평면도이다.
도 10은 도 9의 일부 구성들의 도시가 생략된 평면도이다.
도 11은 도 9의 C-C'에 따른 단면도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서를 나타내는 도면들로, 도 9의 C-C'에 대응하는 단면도들이다.
도 14는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 평면도이다.
도 15는 도 14의 일부 구성들의 도시가 생략된 평면도이다.
도 16은 도 14의 C-C'에 따른 단면도이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서를 나타내는 도면들로, 도 14의 C-C'에 대응하는 단면도들이다.
도 19a 내지 도 21a는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 제조방법을 나타내는 도면들로, 도 3의 A-A'에 대응하는 단면도들이다.
도 19b 내지 도 21b 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 제조방법을 나타내는 도면들로, 도 3의 B-B'에 대응하는 단면도들이다.
도 22는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 평면도이다.
도 23은 도 22의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.1 is a block diagram schematically illustrating an image sensor according to example embodiments.
2 is a circuit diagram of a unit pixel of an image sensor according to example embodiments.
3 is a plan view of an image sensor according to some embodiments of the present invention.
FIG. 4 is a plan view in which some components of FIG. 3 are omitted.
5A and 5B are cross-sectional views taken along AA' and BB' of FIG. 3, respectively.
6 is a plan view of an image sensor according to some embodiments of the present invention.
FIG. 7 is a plan view in which some components of FIG. 6 are omitted.
8a, 8b, 8c, and 8d are cross-sectional views along lines AA', BB', CC', and DD' of FIG. 3, respectively.
9 is a plan view of an image sensor according to some embodiments of the present invention.
FIG. 10 is a plan view in which some components of FIG. 9 are omitted.
Fig. 11 is a cross-sectional view taken along line C-C' of Fig. 9;
12 and 13 are cross-sectional views corresponding to line C-C' of FIG. 9 illustrating an image sensor according to some embodiments of the present invention.
14 is a plan view of an image sensor according to some embodiments of the present invention.
FIG. 15 is a plan view in which some components of FIG. 14 are omitted.
FIG. 16 is a cross-sectional view taken along line C-C' of FIG. 14;
17 and 18 are cross-sectional views corresponding to line C-C' of FIG. 14 illustrating an image sensor according to some embodiments of the present invention.
19A to 21A are diagrams illustrating a method of manufacturing an image sensor according to some embodiments of the present invention, and are cross-sectional views corresponding to line AA′ of FIG. 3 .
19B to 21B are views illustrating a method of manufacturing an image sensor according to some embodiments of the present invention, and are cross-sectional views corresponding to line BB′ of FIG. 3 .
22 is a plan view of an image sensor according to some embodiments of the present invention.
FIG. 23 is a cross-sectional view taken along the line II' of FIG. 22 .
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 개략적으로 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram schematically illustrating an image sensor according to example embodiments.
도 1을 참조하면, 이미지 센서는 액티브 픽셀 센서 어레이(Active Pixel Sensor array; 1), 행 디코더(row decoder; 2), 행 드라이버(row driver; 3), 열 디코더(column decoder; 4), 타이밍 발생기(timing generator; 5), 상관 이중 샘플러(CDS: Correlated Double Sampler; 6), 아날로그 디지털 컨버터(ADC: Analog to Digital Converter; 7) 및 입출력 버퍼(I/O buffer; 8)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, an image sensor includes an active pixel sensor array (1), a row decoder (2), a row driver (3), a column decoder (4), and timing. It may include a timing generator (5), a Correlated Double Sampler (CDS) 6, an Analog to Digital Converter (ADC) 7, and an I/O buffer (8). .
상기 액티브 픽셀 센서 어레이(1)는 2차원적으로 배열된 복수의 픽셀들을 포함할 수 있고, 광 신호를 전기적 신호로 변환할 수 있다. 상기 액티브 픽셀 센서 어레이(1)는 행 드라이버(3)로부터 제공되는, 픽셀 선택 신호, 리셋 신호 및 전하 전송 신호와 같은 복수의 구동 신호들에 의해 구동될 수 있다. 또한, 상기 액티브 픽셀 센서 어레이(1)에 의해 변환된 전기적 신호는 상관 이중 샘플러(6)에 제공될 수 있다. The active
상기 행 드라이버(3)는, 상기 행 디코더(2)에서 디코딩된 결과에 따라, 상기 복수의 픽셀들을 구동하기 위한 다수의 구동 신호들을 상기 액티브 픽셀 센서 어레이(1)로 제공할 수 있다. 상기 복수의 픽셀들이 행렬 형태로 배열된 경우에는 각 행별로 구동 신호들이 제공될 수 있다. The
상기 타이밍 발생기(5)는 상기 행 디코더(2) 및 상기 열 디코더(4)에 타이밍(timing) 신호 및 제어 신호를 제공할 수 있다.The
상기 상관 이중 샘플러(CDS; 6)는 상기 액티브 픽셀 센서 어레이(1)에서 생성된 전기 신호를 수신하여 유지(hold) 및 샘플링할 수 있다. 상기 상관 이중 샘플러(6)는 특정한 잡음 레벨(noise level)과 전기적 신호에 의한 신호 레벨을 이중으로 샘플링하여, 잡음 레벨과 신호 레벨의 차이에 해당하는 차이 레벨을 출력할 수 있다.The correlated double sampler (CDS) 6 may receive, hold, and sample the electric signal generated by the active
상기 아날로그 디지털 컨버터(ADC; 7)는 상기 상관 이중 샘플러(6)에서 출력된 차이 레벨에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있다.The analog-to-digital converter (ADC) 7 may convert the analog signal corresponding to the difference level output from the correlated
상기 입출력 버퍼(8)는 디지털 신호를 래치(latch)하고, 래치된 신호를 열 디코더(4)에서의 디코딩 결과에 따라 순차적으로 영상 신호 처리부(도면 미도시)로 출력할 수 있다.The input/
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀의 회로도이다.2 is a circuit diagram of a unit pixel of an image sensor according to example embodiments.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 액티브 픽셀 센서 어레이(1)는 복수의 픽셀들(PX)을 포함할 수 있고, 상기 픽셀들(PX)은 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 상기 픽셀들(PX)의 각각은 제1 광전변환소자(PD1), 제1 광전변환소자(PD2), 제1 전송 트랜지스터(TX1), 제2 전송 트랜시스터(PX2), 및 로직 트랜지스터들(RX, SX, DX)을 포함할 수 있다. 상기 로직 트랜지스터들(RX, SX, DX)은 리셋 트랜지스터(RX), 선택 트랜지스터(SX), 및 드라이브 트랜지스터(DX)를 포함할 수 있다. 상기 제1 전송 트랜지스터(TX1), 상기 제2 전송 트랜시스터(PX2), 상기 리셋 트랜지스터(RX), 및 상기 선택 트랜지스터(SX)는 각각 제1 전송 게이트(TG1), 제2 전송 게이트(TG2), 리셋 게이트(RG), 및 선택 게이트(SG)를 포함할 수 있다. 상기 픽셀들(PX)의 각각은 플로팅 확산 영역(FD)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2 , the active
상기 제1 및 제2 광전변환소자들(PD1, PD2)은 외부에서 입사된 빛의 양에 비례하여 광전하들을 생성 및 축적할 수 있다. 상기 제1 및 제2 광전변환소자들(PD1, PD2)은 P형 불순물 영역과 N형 불순물 영역을 포함하는 포토다이오드들일 수 있다. 상기 제1 전송 트랜지스터(TX1)는 상기 제1 광전변환 소자(PD1)에서 생성된 전하를 상기 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송할 수 있고, 상기 제2 전송 트랜지스터(TX2)는 상기 제2 광전변환 소자(PD2)에서 생성된 전하를 상기 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송할 수 있다. The first and second photoelectric conversion elements PD1 and PD2 may generate and accumulate photocharges in proportion to the amount of light incident from the outside. The first and second photoelectric conversion elements PD1 and PD2 may be photodiodes including a P-type impurity region and an N-type impurity region. The first transfer transistor TX1 may transfer the charge generated by the first photoelectric conversion device PD1 to the floating diffusion region FD, and the second transfer transistor TX2 may transfer the charge generated by the first photoelectric conversion device PD1. Charges generated in (PD2) may be transferred to the floating diffusion region (FD).
상기 플로팅 확산 영역(FD)은 제1 및 제2 광전변환소자들(PD1, PD2)에서 생성된 전하를 전송 받아 누적적으로 저장할 수 있다. 상기 플로팅 확산 영역(FD)에 축적된 광전하들의 양에 따라 상기 드라이브 트랜지스터(DX)가 제어될 수 있다.The floating diffusion region FD may receive and accumulate charges generated by the first and second photoelectric conversion elements PD1 and PD2. The drive transistor DX may be controlled according to the amount of photocharges accumulated in the floating diffusion region FD.
상기 리셋 트랜지스터(RX)는 상기 플로팅 확산 영역(FD)에 축적된 전하들을 주기적으로 리셋시킬 수 있다. 상기 리셋 트랜지스터(RX)의 드레인 전극은 상기 플로팅 확산 영역(FD)과 연결되고, 상기 리셋 트랜지스터(RX)의 소스 전극은 전원 전압(VDD)에 연결될 수 있다. 상기 리셋 트랜지스터(RX)가 턴 온(turn-on)되면, 상기 리셋 트랜지스터(RX)의 소스 전극에 연결된 전원 전압(VDD)이 상기 플로팅 확산 영역(FD)으로 인가될 수 있다. 따라서, 상기 리셋 트랜지스터(RX)가 턴 온되면, 상기 플로팅 확산 영역(FD)에 축적된 전하들이 배출되어 상기 플로팅 확산 영역(FD)이 리셋될 수 있다.The reset transistor RX may periodically reset charges accumulated in the floating diffusion region FD. A drain electrode of the reset transistor RX may be connected to the floating diffusion region FD, and a source electrode of the reset transistor RX may be connected to a power supply voltage VDD. When the reset transistor RX is turned on, a power supply voltage VDD connected to a source electrode of the reset transistor RX may be applied to the floating diffusion region FD. Therefore, when the reset transistor RX is turned on, charges accumulated in the floating diffusion region FD are discharged to reset the floating diffusion region FD.
상기 드라이브 트랜지스터(DX)는 소스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier) 역할을 할 수 있다. 상기 드라이브 트랜지스터(DX)는 상기 플로팅 확산 영역(FD)에서의 전위 변화를 증폭하고, 이를 출력 라인(Vout)으로 출력할 수 있다.The drive transistor DX may serve as a source follower buffer amplifier. The drive transistor DX may amplify a potential change in the floating diffusion region FD and output it to an output line Vout.
상기 선택 트랜지스터(SX)는 행 단위로 읽어낼 픽셀들(PX)을 선택할 수 있다. 상기 선택 트랜지스터(SX)가 턴 온될 때, 전원 전압(VDD)이 상기 드라이브 트랜지스터(DX)의 드레인 전극으로 인가될수 있다.The selection transistor SX may select pixels PX to be read in units of rows. When the selection transistor SX is turned on, the power supply voltage VDD may be applied to the drain electrode of the drive transistor DX.
도 2에서 2개의 광전변환소자들(PD1, PD2)과 5개의 트랜지스터들(TX1, TX2, RX, DX, SX)을 구비하는 단위 픽셀(PX)을 예시하고 있지만, 본 발명에 따른 이미지 센서는 이에 한정되지 않는다. 일 예로, 상기 리셋 트랜지스터(RX), 상기 드라이브 트랜지스터(DX), 또는 상기 선택 트랜지스터(SX)는 이웃하는 픽셀들(PX)에 의해 서로 공유될 수 있다. 이에 따라, 상기 이미지 센서의 집적도가 향상될 수 있다.Although FIG. 2 illustrates a unit pixel PX including two photoelectric conversion elements PD1 and PD2 and five transistors TX1, TX2, RX, DX, and SX, the image sensor according to the present invention Not limited to this. For example, the reset transistor RX, the drive transistor DX, or the select transistor SX may be shared by neighboring pixels PX. Accordingly, the degree of integration of the image sensor may be improved.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 평면도이고, 도 4는 도 3의 일부 구성들의 도시가 생략된 평면도이다. 도 5a 및 도 5b는 각각 도 3의 A-A' 및 B-B'에 따른 단면도들이다. 3 is a plan view of an image sensor according to some embodiments of the present invention, and FIG. 4 is a plan view in which some components of FIG. 3 are omitted. 5A and 5B are cross-sectional views along lines A-A' and BB' of FIG. 3, respectively.
도 3, 도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 이미지 센서는 광전 변환층(10), 배선층(20), 및 광 투과층(30)을 포함할 수 있다. 상기 광전 변환층(10)은 상기 배선층(20)과 상기 광 투과층(30) 사이에 배치될 수 있다.Referring to FIGS. 3 , 4 , 5A and 5B , the image sensor may include a
상기 광전 변환층(10)은 기판(100)을 포함할 수 있고, 상기 기판(100)은 복수의 픽셀 영역들(PXR)을 포함할 수 있다. 상기 기판(100)은 반도체 기판 (일 예로, 실리콘 기판, 게르마늄 기판, 실리콘-게르마늄 기판, Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체 기판, 또는 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 기판) 또는 SOI(Silicon on insulator) 기판일 수 있다. 상기 기판(100)은 서로 대향하는 제1 면(100a) 및 제2 면(100b)을 가질 수 있다. 상기 복수의 픽셀 영역들(PXR)은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)에 평행한 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)을 따라 이차원적으로 배열될 수 있다. 상기 제1 방향(D1) 및 상기 제2 방향(D2)은 서로 교차할 수 있다.The
상기 광전 변환층(10)은 상기 기판(100)을 관통하고 상기 복수의 픽셀 영역들(PXR) 사이에 배치되는 깊은 소자분리패턴(150)을 더 포함할 수 있다. 상기 깊은 소자분리패턴(150)은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)에 수직한 제3 방향(D3)을 따라 상기 기판(100)을 관통할 수 있다. 상기 깊은 소자분리패턴(150)은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)으로부터 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b)을 향하여 연장될 수 있다. 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)은 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 상면(150U)을 노출할 수 있고, 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b)은 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 하면(150L)을 노출할 수 있다. 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 상면(150U)은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)과 실질적으로 공면을 이룰 수 있고, 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 하면(150L)은 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b)과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 상기 깊은 소자분리패턴(150)은 서로 이웃하는 픽셀 영역들(PXR) 사이의 크로스 토크(cross-talk)를 방지할 수 있다.The
상기 깊은 소자분리패턴(150)은 평면적 관점에서 상기 복수의 픽셀 영역들(PXR)의 각각을 둘러쌀 수 있다. 상기 깊은 소자분리패턴(150)은 상기 제1 방향(D1) 및 상기 제2 방향(D2)을 따라 각 픽셀 영역(PXR)을 둘러싸도록 연장될 수 있다. 상기 깊은 소자분리패턴(150)은 상기 제2 방향(D2)을 따라 각 픽셀 영역(PXR) 내로 연장되는 제1 연장부들(150P1)을 포함할 수 있다. 상기 제1 연장부들(150P1)은 각 픽셀 영역(PXR) 내에서 상기 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다. 상기 제1 연장부들(150P1)의 각각의 상기 제2 방향(D2)에 따른 길이(L1)는 상기 제1 연장부들(150P1) 사이의 상기 제2 방향(D2)에 따른 거리(DS1)보다 클 수 있다. The deep
상기 깊은 소자분리패턴(150)은 상기 기판(100)의 적어도 일부를 관통하는 반도체 패턴(152, 154), 상기 반도체 패턴(152, 154) 상의 매립 절연 패턴(158), 및 상기 반도체 패턴(152, 154)과 상기 기판(100) 사이에 개재되는 측면 절연 패턴(156)을 포함할 수 있다. 상기 측면 절연 패턴(156)은 상기 반도체 패턴(152, 154)의 측면으로부터 상기 매립 절연 패턴(158)의 측면 상으로 연장될 수 있다. 상기 반도체 패턴(152, 154)은 상기 기판(100)의 적어도 일부를 관통하는 제1 반도체 패턴(152), 및 상기 제1 반도체 패턴(152)과 상기 측면 절연 패턴(156) 사이의 제2 반도체 패턴(154)을 포함할 수 있다. 상기 제1 반도체 패턴(152)은 상기 제2 반도체 패턴(154)의 최상부면을 덮을 수 있고 상기 측면 절연 패턴(156)과 접촉할 수 있다. 상기 매립 절연 패턴(158)은 상기 제1 반도체 패턴(152) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 반도체 패턴(152)은 상기 매립 절연 패턴(158)과 상기 제2 반도체 패턴(154) 사이로 연장될 수 있고, 상기 측면 절연 패턴(156)과 접촉할 수 있다. The deep
상기 제1 반도체 패턴(152) 및 상기 제2 반도체 패턴(154)의 각각은 불순물로 도핑된 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 불순물은 P형 또는 N형의 도전형을 가질 수 있다. 일 예로, 상기 제1 반도체 패턴(152) 및 상기 제2 반도체 패턴(154)의 각각은 보론 도핑된 다결정 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 측면 절연 패턴(156) 및 상기 매립 절연 패턴(158)의 각각은 일 예로, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및/또는 실리콘 산질화물을 포함할 수 있다.Each of the
제1 광전변환영역(110a) 및 제2 광전변환영역(110b)이 각 픽셀 영역(PXR) 내에 배치될 수 있고, 각 픽셀 영역(PXR) 내에서 상기 제1 방향(D1)으로 서로 이웃할 수 있다. 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 상기 제1 연장부들(150P1)은 상기 제1 광전변환영역(110a)과 상기 제2 광전변환영역(110b) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1 연장부들(150P1)은 상기 제1 광전변환영역(110a)과 상기 제2 광전변환영역(110b) 사이에서 상기 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있고 상기 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다. 상기 제1 광전변환영역(110a)은 상기 제1 연장부들(150P1)의 일 측에서 상기 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있고, 상기 제2 광전변환영역(110b)은 상기 제1 연장부들(150P1)의 타 측에서 상기 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 일 예로, 상기 제1 광전변환영역(110a)은 상기 제2 방향(D2)을 따라 상기 제1 연장부들(150P1) 중 하나의 일 측에서 상기 제1 연장부들(150P1) 중 다른 하나의 일 측으로 연속적으로 연장될 수 있고, 상기 제2 광전변환영역(110b)은 상기 제2 방향(D2)을 따라 상기 제1 연장부들(150P1) 중 상기 하나의 타 측에서 상기 제1 연장부들(150P1) 중 상기 다른 하나의 타 측으로 연속적으로 연장될 수 있다. The first
상기 기판(100)은 제1 도전형을 가질 수 있고, 상기 제1 및 제2 광전변환영역들(110a, 110b)은 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 불순물이 도핑된 영역들일 수 있다. 일 예로, 상기 제1 도전형 및 상기 제2 도전형은 각각 P형 및 N형일 수 있다. 이 경우, 상기 제2 도전형의 불순물은 인, 비소, 비스무스, 및/또는 안티몬과 같은 N형 불순물을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 광전변환영역들(110a, 110b)의 각각은 상기 기판(100)과 PN접합을 이루어 포토다이오드를 구성할 수 있다. 일 예로, 상기 제1 광전변환영역(110a)은 상기 기판(100)과 PN접합을 이루어 제1 포토 다이오드(도 2의 PD1)를 구성할 수 있고, 상기 제2 광전변환영역(110b)은 상기 기판(100)과 PN접합을 이루어 제2 포토 다이오드(도 2의 PD2)를 구성할 수 있다. 각 픽셀 영역(PXR)은 상기 제1 포토 다이오드(도 2의 PD1) 및 상기 제2 포토 다이오드(도 2의 PD2)를 포함하는 단위 픽셀(도 2의 PX)에 대응할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 상기 반도체 패턴(152, 154)은 상기 제1 도전형의 불순물(일 예로, P형 불순물)로 도핑된 반도체 물질을 포함할 수 있다.The
얕은 소자분리패턴(105)이 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)에 인접하게 배치될 수 있다. 상기 복수의 픽셀 영역들(PXR)의 각각은 상기 얕은 소자분리패턴(105)에 의해 정의되는 활성패턴들(ACT)을 포함할 수 있다. 상기 얕은 소자분리패턴(105) 일 예로, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 실리콘 산화질화막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 활성패턴들(ACT)은 각 픽셀 영역(PXR) 내에서 서로 이격될 수 있고, 상기 얕은 소자분리패턴(105)이 상기 활성패턴들(ACT) 사이에 개재될 수 있다. 상기 깊은 소자분리패턴(150)은 상기 얕은 소자분리패턴(105)을 관통하여 상기 기판(100) 내로 연장될 수 있다. 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 상기 제1 연장부들(150P1)의 각각은 상기 얕은 소자분리패턴(105)을 관통하여 각 픽셀 영역(PXR) 내로 연장될 수 있다. 상기 활성패턴들(ACT) 중 일부는 상기 제1 광전변환영역(110a)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩할 수 있고, 상기 활성패턴들(ACT) 중 다른 일부는 상기 제2 광전변환영역(110b)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩할 수 있다. 상기 제1 연장부들(150P1)의 각각은 상기 활성패턴들(ACT) 중 대응하는 활성패턴들(ACT) 사이로 연장될 수 있다. A shallow
상기 깊은 소자분리패턴(150)의 상기 매립 절연 패턴(158)은 상기 얕은 소자분리패턴(105) 내에 배치될 수 있다. 상기 매립 절연 패턴(158)은 상기 얕은 소자분리패턴(105)을 관통하여 상기 반도체 패턴(152, 154)과 접촉할 수 있다. 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 상기 측면 절연 패턴(156)은 상기 얕은 소자분리패턴(105)과 상기 매립 절연 패턴(158) 사이로 연장될 수 있다. The buried insulating
복수의 제1 전송 게이트 전극들(TG1), 제1 플로팅 확산 영역(FD1), 복수의 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 및 제2 플로팅 확산 영역(FD2)이 각 픽셀 영역(PXR) 상에, 그리고 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)에 인접하게 배치될 수 있다. 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1) 및 상기 제1 플로팅 확산 영역(FD1)은 상기 활성패턴들(ACT) 중 대응하는 활성패턴(ACT) 상에 배치될 수 있고, 상기 제1 광전변환영역(110a)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩할 수 있다. 상기 제1 광전변환영역(110a)은 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1) 및 상기 제1 플로팅 확산 영역(FD1) 아래에서 상기 제2 방향(D2)으로 연속적으로 연장될 수 있다. 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 및 상기 제2 플로팅 확산 영역(FD2)은 상기 활성패턴들(ACT) 중 대응하는 활성패턴(ACT) 상에 배치될 수 있고, 상기 제2 광전변환영역(110b)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩할 수 있다. 상기 제2 광전변환영역(110b)은 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 및 상기 제2 플로팅 확산 영역(FD2) 아래에서 상기 제2 방향(D2)으로 연속적으로 연장될 수 있다. A plurality of first transfer gate electrodes TG1, a first floating diffusion region FD1, a plurality of second transfer gate electrodes TG2, and a second floating diffusion region FD2 are formed on each pixel region PXR. , and may be disposed adjacent to the
상기 제1 플로팅 확산 영역(FD1) 및 상기 제2 플로팅 확산 영역(FD2)은 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 상기 제1 연장부들(150P1) 중 하나를 사이에 두고 상기 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있다. 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1)은 상기 제1 플로팅 확산 영역(FD1)에 인접하게 배치될 수 있고, 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2)은 상기 제2 플로팅 확산 영역(FD2)에 인접하게 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2)은 상기 제1 연장부들(150P1) 중 상기 하나를 사이에 두고 상기 제1 방향(D1)을 따라 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1)로부터 이격될 수 있다. The first floating diffusion region FD1 and the second floating diffusion region FD2 extend in the first direction D1 with one of the first extensions 150P1 of the deep
상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1)의 각각의 하부는 상기 제1 광전변환영역(110a)을 향하여 상기 기판(100) 내부로 연장될 수 있고, 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1)의 각각의 상부는 대응하는 활성패턴(ACT)의 상면(즉, 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)) 위로 돌출될 수 있다. 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2)의 각각의 하부는 상기 제2 광전변환영역(110b)을 향하여 상기 기판(100) 내부로 연장될 수 있고, 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2)의 각각의 상부는 대응하는 활성패턴(ACT)의 상면(즉, 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)) 위로 돌출될 수 있다. 상기 제1 플로팅 확산 영역(FD1) 및 상기 제2 플로팅 확산 영역(FD2)은 상기 기판(100)의 상기 제1 도전형과 다른 상기 제2 도전형의 불순물(일 예로, N형 불순물)이 도핑된 영역들일 수 있다.A lower portion of each of the first transfer gate electrodes TG1 may extend into the
상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1) 및 상기 제1 플로팅 확산 영역(FD1)은 도 2의 상기 제1 전송 트랜지스터(TX1)를 구성할 수 있다. 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 및 상기 제2 플로팅 확산 영역(FD2)은 도 2의 상기 제2 전송 트랜지스터(TX2)를 구성할 수 있다. The first transfer gate electrodes TG1 and the first floating diffusion region FD1 may constitute the first transfer transistor TX1 of FIG. 2 . The second transfer gate electrodes TG2 and the second floating diffusion region FD2 may constitute the second transfer transistor TX2 of FIG. 2 .
제1 게이트 유전 패턴(GI1)이 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1)의 각각과 상기 기판(100, 즉, 대응하는 활성패턴(ACT)) 사이에 개재될 수 있고, 제2 게이트 유전 패턴(GI2)이 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2)의 각각과 상기 기판(100, 즉, 대응하는 활성패턴(ACT)) 사이에 개재될 수 있다. A first gate dielectric pattern GI1 may be interposed between each of the first transfer gate electrodes TG1 and the substrate 100 (that is, the corresponding active pattern ACT), and the second gate dielectric pattern ( GI2) may be interposed between each of the second transfer gate electrodes TG2 and the substrate 100 (that is, the corresponding active pattern ACT).
복수의 게이트 전극들(GE) 및 소스/드레인 영역들(SD)이 각 픽셀 영역(PXR) 상에, 그리고 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)에 인접하게 배치될 수 있다. 상기 게이트 전극들(GE) 및 상기 소스/드레인 영역들(SD)은 상기 활성패턴들(ACT) 중 대응하는 활성패턴들(ACT) 상에 배치될 수 있고, 상기 제1 광전변환영역(110a) 또는 상기 제2 광전변환영역(110b)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩할 수 있다. 상기 소스/드레인 영역들(SD)은 일 예로, 상기 기판(100)의 상기 제1 도전형과 다른 상기 제2 도전형의 불순물(일 예로, N형 불순물)이 도핑된 영역들일 수 있다. 상기 게이트 전극들(GE) 및 상기 소스/드레인 영역들(SD)은 도 2의 상기 드라이브 트랜지스터(DX), 상기 선택 트랜지스터(SX) 및 상기 리셋 트랜지스터(RX)를 구성할 수 있다. 게이트 유전 패턴(GI)이 상기 게이트 전극들(GE)의 각각과 상기 기판(100, 즉, 대응하는 활성패턴(ACT)) 사이에 개재될 수 있다. A plurality of gate electrodes GE and source/drain regions SD may be disposed on each pixel region PXR and adjacent to the
상기 배선층(20)은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 배치될 수 있다. 상기 배선층(20)은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 차례로 적층된 제1 층간 절연막(210) 및 제2 층간 절연막(240)을 포함할 수 있다. 상기 제1 층간 절연막(210)은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 배치되어 상기 제1 및 제2 전송 게이트 전극들(TG1, TG2) 및 상기 게이트 전극들(GE)을 덮을 수 있다. 상기 배선층(20)은 상기 제1 및 제2 전송 게이트 전극들(TG1, TG2), 상기 게이트 전극들(GE), 상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2) 및 상기 소스/드레인 영역들(SD)에 연결되는 콘택 플러그들(220), 및 상기 콘택 플러그들(220)에 연결되는 도전 라인들(230)을 더 포함할 수 있다. 상기 콘택 플러그들(220)은 상기 제1 층간 절연막(210)을 관통하여 상기 제1 및 제2 전송 게이트 전극들(TG1, TG2), 상기 게이트 전극들(GE), 상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2) 및 상기 소스/드레인 영역들(SD)에 연결될 수 있다. 상기 도전 라인들(230)은 상기 제2 층간 절연막(240) 내에 배치될 수 있다. 상기 콘택 플러그들(220) 중 적어도 일부는 상기 제2 층간 절연막(240) 내로 연장되어 상기 도전 라인들(230)에 연결될 수 있다. 상기 제1 층간 절연막(210) 및 상기 제2 층간 절연막(240)은 절연 물질을 포함할 수 있고, 상기 콘택 플러그들(220) 및 상기 도전 라인들(230)은 도전 물질을 포함할 수 있다.The
상기 광 투과층(30)은 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b) 상에 배치될 수 있다. 상기 광 투과층(30)은 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b) 상에 배치되는 컬러 필터 어레이(320) 및 마이크로 렌즈 어레이(330)를 포함할 수 있다. 상기 컬러 필터 어레이(320)는 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b)과 상기 마이크로 렌즈 어레이(330) 사이에 배치될 수 있다. 상기 광 투과층(30)은 외부에서 입사되는 광을 집광 및 필터링할 수 있고, 상기 광을 상기 광전 변환층(10)으로 제공할 수 있다.The
상기 컬러 필터 어레이(320)는 상기 복수의 픽셀 영역들(PXR) 상에 각각 배치되는 복수의 컬러 필터들(320)을 포함할 수 있다. 각 컬러 필터(320)는 각 픽셀 영역(PXR) 상에 배치될 수 있고, 각 픽셀 영역(PXR)의 상기 제1 및 제2 광전변환영역들(110a, 110b)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩할 수 있다. 상기 마이크로 렌즈 어레이(330)는 상기 복수의 컬러 필터들(320) 상에 각각 배치되는 복수의 마이크로 렌즈들(330)을 포함할 수 있다. 각 마이크로 렌즈(330)는 각 픽셀 영역(PXR) 상에 배치될 수 있고, 각 픽셀 영역(PXR)의 상기 제1 및 제2 광전변환영역들(110a, 110b)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩할 수 있다.The
반사 방지막(310)이 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b)과 상기 컬러 필터 어레이(320) 사이에 개재될 수 있다. 상기 반사 방지막(310)은 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b)으로 입사되는 광이 상기 제1 및 제2 광전변환 영역들(110a, 110b)에 원활히 도달할 수 있도록 상기 광의 반사를 방지할 수 있다. 제1 절연막(312)이 상기 반사 방지막(310)과 상기 컬러 필터 어레이(320) 사이에 개재될 수 있고, 제2 절연막(322)이 상기 컬러 필터 어레이(320)와 상기 마이크로 렌즈 어레이(330) 사이에 개재될 수 있다. An
본 발명의 개념에 따르면, 각 픽셀 영역(PXR)은 상기 제1 방향(D1)으로 서로 이웃하는 상기 제1 광전변환영역(110a) 및 상기 제2 광전변환영역(110b)을 포함할 수 있고, 상기 깊은 소자분리패턴(150)은 상기 제1 광전변환영역(110a)과 상기 제2 광전변환영역(110b) 사이에 개재되는 상기 제1 연장부들(150P1)을 포함할 수 있다. 이 경우, 각 픽셀 영역(PXR)은 상기 제1 광전변환영역(110a) 및 상기 제2 광전변환영역(110b)으로 구성된 2개의 포토 다이오드들을 포함할 수 있고, 이에 따라, 각 픽셀 영역(PXR)의 전하 저장 용량이 증가될 수 있다. 더하여, 상기 복수의 제1 전송 게이트 전극들(TG1)이 상기 제1 광전변환영역(110a) 상에 배치되어 상기 제1 광전변환영역(110a)과 상기 제1 플로팅 확산 영역(FD1)을 전기적으로 연결할 수 있고, 상기 복수의 제2 전송 게이트 전극들(TG2)이 상기 제2 광전변환영역(110b) 상에 배치되어 상기 제2 광전변환영역(110b)과 상기 제2 플로팅 확산 영역(FD2)을 전기적으로 연결할 수 있다. 적어도 2개의 제1 전송 게이트 전극들(TG1)이 상기 제1 광전변환영역(110a) 상에 배치되고, 적어도 2개의 제2 전송 게이트 전극들(TG2)이 상기 제2 광전변환영역(110b) 상에 배치됨에 따라, 각 픽셀 영역(PXR)의 전하 이동 특성이 개선될 수 있다.According to the concept of the present invention, each pixel region PXR may include the first
따라서, 단위 픽셀의 전하 이동 특성 및 전하 저장 용량을 개선할 수 있는 이미지 센서가 제공될 수 있다. Accordingly, an image sensor capable of improving charge transfer characteristics and charge storage capacity of a unit pixel may be provided.
도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 평면도이고, 도 7은 도 6의 일부 구성들의 도시가 생략된 평면도이다. 도 8a, 도 8b, 도 8c 및 도 8d는 각각 도 3의 A-A', B-B', C-C' 및 D-D'에 따른 단면도들이다. 설명의 간소화를 위해, 도 3, 도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한 이미지 센서와 차이점을 주로 설명한다. 6 is a plan view of an image sensor according to some embodiments of the present invention, and FIG. 7 is a plan view in which some components of FIG. 6 are omitted. 8a, 8b, 8c, and 8d are cross-sectional views along lines AA', BB', CC', and DD' of FIG. 3, respectively. For simplicity of explanation, differences from the image sensor described with reference to FIGS. 3, 4, 5A, and 5B will be mainly described.
도 6, 도 7, 도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 상기 깊은 소자분리패턴(150)은 상기 제1 방향(D1)을 따라 각 픽셀 영역(PXR) 내로 연장되는 제2 연장부들(150P2)을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 연장부들(150P2)은 각 픽셀 영역(PXR) 내에서 상기 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있다. 상기 제2 연장부들(150P2)의 각각의 상기 제1 방향(D1)에 따른 길이(L2)는 상기 제1 연장부들(150P1)의 각각의 상기 제2 방향(D2)에 따른 길이(L1)보다 작거나 같을 수 있다. 6, 7, and 8A to 8D , the deep
상기 제2 연장부들(150P2) 중 하나는 상기 제1 방향(D1)을 따라 상기 제1 광전변환영역(110a) 내로 연장될 수 있고, 상기 제2 연장부들(150P2) 중 다른 하나는 상기 제1 방향(D1)의 반대 방향을 따라 상기 제2 광전변환영역(110b) 내로 연장될 수 있다. 상기 제2 연장부들(150P2) 중 상기 하나는 상기 제1 광전변환영역(110a)의 제1 부분(110a1)과 제2 부분(110a2) 사이에 배치될 수 있고, 상기 제2 연장부들(150P2) 중 상기 다른 하나는 상기 제2 광전변환영역(110b)의 제3 부분(110b1)과 제4 부분(110b2) 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1 광전변환영역(110a)은 상기 제2 연장부들(150P2) 사이에서 상기 제2 방향(D2)을 따라 연속적으로 연장될 수 있다. 일 예로, 상기 제1 광전변환영역(110a)의 상기 제1 부분(110a1) 및 상기 제2 부분(110a2)은 상기 제2 연장부들(150P2) 사이에서 연속적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 광전변환영역(110b)은 상기 제2 연장부들(150P2) 사이에서 상기 제2 방향(D2)을 따라 연속적으로 연장될 수 있다. 일 예로, 상기 제2 광전변환영역(110b)의 상기 제3 부분(110b1) 및 상기 제4 부분(110b2)은 상기 제2 연장부들(150P2) 사이에서 연속적으로 연결될 수 있다.One of the second extension portions 150P2 may extend into the first
상기 활성패턴들(ACT)은 각 픽셀 영역(PXR) 내에서 서로 이격될 수 있고, 상기 얕은 소자분리패턴(105)이 상기 활성패턴들(ACT) 사이에 개재될 수 있다. 상기 깊은 소자분리패턴(150)은 상기 얕은 소자분리패턴(105)을 관통하여 상기 기판(100) 내로 연장될 수 있다. 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 상기 제1 연장부들(150P1)의 각각은 상기 얕은 소자분리패턴(105)을 관통하여 각 픽셀 영역(PXR) 내로 연장될 수 있고, 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 상기 제2 연장부들(150P2)의 각각은 상기 얕은 소자분리패턴(105)을 관통하여 각 픽셀 영역(PXR) 내로 연장될 수 있다. 상기 활성패턴들(ACT) 중 적어도 하나는 상기 제1 연장부들(150P1) 사이 및 상기 제2 연장부들(150P2) 사이에 배치될 수 있다. 상기 활성패턴들(ACT) 중 나머지는 상기 제1 광전변환영역(110a)의 상기 제1 부분(110a1) 및 상기 제2 부분(110a2), 및 상기 제2 광전변환영역(110b)의 상기 제3 부분(110b1) 및 상기 제4 부분(110b2)과 각각 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩하도록 배치될 수 있다. The active patterns ACT may be spaced apart from each other in each pixel area PXR, and the shallow
복수의 제1 전송 게이트 전극들(TG1), 플로팅 확산 영역(FD), 및 복수의 제2 전송 게이트 전극들(TG2)이 각 픽셀 영역(PXR) 상에, 그리고 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)에 인접하게 배치될 수 있다. 상기 플로팅 확산 영역(FD)은 상기 제1 연장부들(150P1) 사이 및 상기 제2 연장부들(150P2) 사이의 대응하는 활성패턴(ACT) 내에 배치될 수 있다. 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1) 및 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2)은 상기 플로팅 확산 영역(FD)에 인접하게 배치될 수 있고, 상기 대응하는 활성패턴(ACT) 상에 배치될 수 있다. A plurality of first transfer gate electrodes TG1, a floating diffusion region FD, and a plurality of second transfer gate electrodes TG2 are provided on each pixel region PXR and on the first transfer gate electrode of the
상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1)은 상기 제1 광전변환영역(110a)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩할 수 있다. 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1) 중 하나는 상기 제1 광전변환영역(110a)의 상기 제1 부분(110a1)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩할 수 있고, 상기 제1 광전변환영역(110a)의 상기 제1 부분(110a1)과 상기 플로팅 확산 영역(FD)을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1) 중 다른 하나는 상기 제1 광전변환영역(110a)의 상기 제2 부분(110a2)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩할 수 있고, 상기 제1 광전변환영역(110a)의 상기 제2 부분(110a2)과 상기 플로팅 확산 영역(FD)을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1) 및 상기 플로팅 확산 영역(FD)은 도 2의 상기 제1 전송 트랜지스터(TX1)를 구성할 수 있다. 상기 제1 광전변환영역(110a)의 상기 제1 부분(110a1) 및 상기 제2 부분(110a2)은 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1) 아래에서 상기 제2 방향(D2)을 따라 연속적으로 연결될 수 있다. 즉, 상기 제1 광전변환영역(110a)은 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1) 아래에서 상기 제2 방향(D2)을 따라 연속적으로 연장될 수 있다. The first transfer gate electrodes TG1 may overlap the first
상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2)은 상기 제2 광전변환영역(110b)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩할 수 있다. 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 중 하나는 상기 제2 광전변환영역(110b)의 상기 제3 부분(110b1)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩할 수 있고, 상기 제2 광전변환영역(110b)의 상기 제3 부분(110b1)과 상기 플로팅 확산 영역(FD)을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 중 다른 하나는 상기 제2 광전변환영역(110b)의 상기 제4 부분(110b2)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩할 수 있고, 상기 제2 광전변환영역(110b)의 상기 제4 부분(110b2)과 상기 플로팅 확산 영역(FD)을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 및 상기 플로팅 확산 영역(FD)은 도 2의 상기 제2 전송 트랜지스터(TX2)를 구성할 수 있다. 상기 제2 광전변환영역(110b)의 상기 제3 부분(110b1) 및 상기 제4 부분(110b2)은 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 아래에서 상기 제2 방향(D2)을 따라 연속적으로 연결될 수 있다. 즉, 상기 제2 광전변환영역(110b)은 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 아래에서 상기 제2 방향(D2)을 따라 연속적으로 연장될 수 있다.The second transfer gate electrodes TG2 may overlap the second
상술한 차이를 제외하고, 본 실시예들에 따른 이미지 센서는 도 3, 도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한 이미지 센서와 실질적으로 동일하다. Except for the above-described difference, the image sensor according to the present embodiments is substantially the same as the image sensor described with reference to FIGS. 3, 4, 5A, and 5B.
본 실시예들에 따르면, 각 픽셀 영역(PXR)은 상기 제1 방향(D1)으로 서로 이웃하는 상기 제1 광전변환영역(110a) 및 상기 제2 광전변환영역(110b)을 포함할 수 있고, 상기 깊은 소자분리패턴(150)은 상기 제1 광전변환영역(110a)과 상기 제2 광전변환영역(110b) 사이에 개재되는 상기 제1 연장부들(150P1), 및 상기 제1 광전변환영역(110a) 및 상기 제2 광전변환영역(110b) 내로 각각 연장되는 상기 제2 연장부들(150P2)을 포함할 수 있다. 이 경우, 각 픽셀 영역(PXR)은 상기 제1 광전변환영역(110a)의 상기 제1 부분(110a1) 및 상기 제2 부분(110a2), 및 상기 제2 광전변환영역(110b)의 상기 제3 부분(110b1) 및 상기 제4 부분(110b2)으로 구성된 4개의 포토 다이오드들을 포함할 수 있고, 이에 따라, 각 픽셀 영역(PXR)의 전하 저장 용량이 증가될 수 있다. 더하여, 상기 복수의 제1 전송 게이트 전극들(TG1)이 상기 제1 광전변환영역(110a) 상에 배치되어 상기 제1 광전변환영역(110a)과 상기 플로팅 확산 영역(FD)을 전기적으로 연결할 수 있고, 상기 복수의 제2 전송 게이트 전극들(TG2)이 상기 제2 광전변환영역(110b) 상에 배치되어 상기 제2 광전변환영역(110b)과 상기 플로팅 확산 영역(FD)을 전기적으로 연결할 수 있다. 적어도 2개의 제1 전송 게이트 전극들(TG1)이 상기 제1 광전변환영역(110a) 상에 배치되고, 적어도 2개의 제2 전송 게이트 전극들(TG2)이 상기 제2 광전변환영역(110b) 상에 배치됨에 따라, 각 픽셀 영역(PXR)의 전하 이동 특성이 개선될 수 있다.According to the present embodiments, each pixel region PXR may include the first
도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 평면도이고, 도 10은 도 9의 일부 구성들의 도시가 생략된 평면도이다. 도 11은 도 9의 C-C'에 따른 단면도이다. 도 9의 A-A', B-B' 및 D-D'에 따른 단면들은 각각 도 8a, 도 8b, 및 도 8d와 실질적으로 동일하다. 설명의 간소화를 위해, 도 6, 도 7, 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 설명한 이미지 센서와 차이점을 주로 설명한다. 9 is a plan view of an image sensor according to some embodiments of the present invention, and FIG. 10 is a plan view in which some components of FIG. 9 are omitted. Fig. 11 is a cross-sectional view taken along line C-C' of Fig. 9; Sections along AA', BB', and D-D' of FIG. 9 are substantially the same as those of FIGS. 8A, 8B, and 8D, respectively. For simplicity of description, differences from the image sensor described with reference to FIGS. 6, 7, and 8A to 8D will be mainly described.
도 9, 도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1)은 상기 제1 광전변환영역(110a)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩할 수 있다. 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1)의 각각은 상기 제1 광전변환영역(110a)과 상기 플로팅 확산 영역(FD)을 전기적으로 연결할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 3개의 제1 전송 게이트 전극들(TG1)이 상기 제1 광전변환영역(110a) 상에 배치될 수 있고, 상기 제1 광전변환영역(110a)과 상기 플로팅 확산 영역(FD)을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1) 및 상기 플로팅 확산 영역(FD)은 도 2의 상기 제1 전송 트랜지스터(TX1)를 구성할 수 있다. 상기 제1 광전변환영역(110a)은 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1) 아래에서 상기 제2 방향(D2)을 따라 연속적으로 연장될 수 있다. 9, 10, and 11 , the first transfer gate electrodes TG1 may overlap the first
상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2)은 상기 제2 광전변환영역(110b)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩할 수 있다. 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2)의 각각은 상기 제2 광전변환영역(110b)과 상기 플로팅 확산 영역(FD)을 전기적으로 연결할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 3개의 제2 전송 게이트 전극들(TG2)이 상기 제2 광전변환영역(110b) 상에 배치될 수 있고, 상기 제2 광전변환영역(110b)과 상기 플로팅 확산 영역(FD)을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 및 상기 플로팅 확산 영역(FD)은 도 2의 상기 제2 전송 트랜지스터(TX2)를 구성할 수 있다. 상기 제2 광전변환영역(110b)은 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 아래에서 상기 제2 방향(D2)을 따라 연속적으로 연장될 수 있다.The second transfer gate electrodes TG2 may overlap the second
상술한 차이를 제외하고, 본 실시예들에 따른 이미지 센서는 도 6, 도 7, 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 설명한 이미지 센서와 실질적으로 동일하다. Except for the above-mentioned difference, the image sensor according to the present embodiments is substantially the same as the image sensor described with reference to FIGS. 6, 7, and 8A to 8D.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서를 나타내는 도면들로, 도 9의 C-C'에 대응하는 단면도들이다. 12 and 13 are cross-sectional views corresponding to line C-C' of FIG. 9 illustrating an image sensor according to some embodiments of the present invention.
도 9, 도 12 및 도 13을 참조하면, 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1)의 각각의 하부는 상기 제1 광전변환영역(110a)을 향하여 상기 기판(100) 내부로 연장될 수 있고, 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1)의 각각의 상부는 대응하는 활성패턴(ACT)의 상면(즉, 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)) 위로 돌출될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1) 중 이웃하는 제1 전송 게이트 전극들(TG1)의 상부들은 서로 연결될 수 있다. 일 예로, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1) 중 하나의 상부는 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1) 중 나머지의 상부들로부터 이격될 수 있고, 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1) 중 상기 나머지의 상기 상부들은 서로 연결될 수 있다. 다른 예로, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1)의 전부의 상부들은 서로 연결될 수 있다. Referring to FIGS. 9, 12, and 13 , lower portions of each of the first transfer gate electrodes TG1 may extend into the
상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2)의 각각의 하부는 상기 제2 광전변환영역(110b)을 향하여 상기 기판(100) 내부로 연장될 수 있고, 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2)의 각각의 상부는 대응하는 활성패턴(ACT)의 상면(즉, 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)) 위로 돌출될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 중 이웃하는 제2 전송 게이트 전극들(TG2)의 상부들은 서로 연결될 수 있다. 일 예로, 도 12에 도시된 바와 유사하게, 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 중 하나의 상부는 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 중 나머지의 상부들로부터 이격될 수 있고, 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 중 상기 나머지의 상기 상부들은 서로 연결될 수 있다. 다른 예로, 도 13에 도시된 바와 유사하게, 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2)의 전부의 상부들은 서로 연결될 수 있다.Lower portions of each of the second transfer gate electrodes TG2 may extend into the
도 14는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 평면도이고, 도 15는 도 14의 일부 구성들의 도시가 생략된 평면도이다. 도 16은 도 14의 C-C'에 따른 단면도이다. 도 14의 A-A', B-B' 및 D-D'에 따른 단면들은 각각 도 8a, 도 8b, 및 도 8d와 실질적으로 동일하다. 설명의 간소화를 위해, 도 6, 도 7, 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 설명한 이미지 센서와 차이점을 주로 설명한다. 14 is a plan view of an image sensor according to some embodiments of the present invention, and FIG. 15 is a plan view in which some components of FIG. 14 are omitted. 16 is a cross-sectional view taken along line C-C' of FIG. 14; Sections along AA', BB', and D-D' of FIG. 14 are substantially the same as those of FIGS. 8A, 8B, and 8D, respectively. For simplicity of description, differences from the image sensor described with reference to FIGS. 6, 7, and 8A to 8D will be mainly described.
도 14, 도 15 및 도 16을 참조하면, 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1)은 상기 제1 광전변환영역(110a)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩할 수 있다. 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1)의 각각은 상기 제1 광전변환영역(110a)과 상기 플로팅 확산 영역(FD)을 전기적으로 연결할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 4개의 제1 전송 게이트 전극들(TG1)이 상기 제1 광전변환영역(110a) 상에 배치될 수 있고, 상기 제1 광전변환영역(110a)과 상기 플로팅 확산 영역(FD)을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1) 및 상기 플로팅 확산 영역(FD)은 도 2의 상기 제1 전송 트랜지스터(TX1)를 구성할 수 있다. 상기 제1 광전변환영역(110a)은 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1) 아래에서 상기 제2 방향(D2)을 따라 연속적으로 연장될 수 있다.14, 15, and 16, the first transfer gate electrodes TG1 may overlap the first
상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2)은 상기 제2 광전변환영역(110b)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩할 수 있다. 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2)의 각각은 상기 제2 광전변환영역(110b)과 상기 플로팅 확산 영역(FD)을 전기적으로 연결할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 4개의 제2 전송 게이트 전극들(TG2)이 상기 제2 광전변환영역(110b) 상에 배치될 수 있고, 상기 제2 광전변환영역(110b)과 상기 플로팅 확산 영역(FD)을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 및 상기 플로팅 확산 영역(FD)은 도 2의 상기 제2 전송 트랜지스터(TX2)를 구성할 수 있다. 상기 제2 광전변환영역(110b)은 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 아래에서 상기 제2 방향(D2)을 따라 연속적으로 연장될 수 있다.The second transfer gate electrodes TG2 may overlap the second
상술한 차이를 제외하고, 본 실시예들에 따른 이미지 센서는 도 6, 도 7, 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 설명한 이미지 센서와 실질적으로 동일하다.Except for the above-mentioned difference, the image sensor according to the present embodiments is substantially the same as the image sensor described with reference to FIGS. 6, 7, and 8A to 8D.
도 17 및 도 18은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서를 나타내는 도면들로, 도 14의 C-C'에 대응하는 단면도들이다. 17 and 18 are cross-sectional views corresponding to line C-C' of FIG. 14 illustrating image sensors according to some embodiments of the present invention.
도 14, 도 17 및 도 18을 참조하면, 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1)의 각각의 하부는 상기 제1 광전변환영역(110a)을 향하여 상기 기판(100) 내부로 연장될 수 있고, 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1)의 각각의 상부는 대응하는 활성패턴(ACT)의 상면(즉, 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)) 위로 돌출될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1) 중 이웃하는 제1 전송 게이트 전극들(TG1)의 상부들은 서로 연결될 수 있다. 일 예로, 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1) 중 한 쌍의 제1 전송 게이트 전극들(TG1)의 상부들은 서로 연결될 수 있고, 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1) 중 다른 한 쌍의 제1 전송 게이트 전극들(TG1)의 상부들은 서로 연결될 수 있다. 상기 한 쌍의 제1 전송 게이트 전극들(TG1)의 상부들은 상기 다른 한 쌍의 제1 전송 게이트 전극들(TG1)의 상부들로부터 이격될 수 있다. 다른 예로, 도 18에 도시된 바와 같이, 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1)의 전부의 상부들은 서로 연결될 수 있다. 14, 17, and 18, lower portions of each of the first transfer gate electrodes TG1 may extend into the
상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2)의 각각의 하부는 상기 제2 광전변환영역(110b)을 향하여 상기 기판(100) 내부로 연장될 수 있고, 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2)의 각각의 상부는 대응하는 활성패턴(ACT)의 상면(즉, 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)) 위로 돌출될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 중 이웃하는 제2 전송 게이트 전극들(TG2)의 상부들은 서로 연결될 수 있다. 일 예로, 도 17에 도시된 바와 유사하게, 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 중 한 쌍의 제2 전송 게이트 전극들(TG2)의 상부들은 서로 연결될 수 있고, 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 중 다른 한 쌍의 제2 전송 게이트 전극들(TG2)의 상부들은 서로 연결될 수 있다. 상기 한 쌍의 제2 전송 게이트 전극들(TG2)의 상부들은 상기 다른 한 쌍의 제2 전송 게이트 전극들(TG2)의 상부들로부터 이격될 수 있다. 다른 예로, 도 18에 도시된 바와 유사하게, 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2)의 전부의 상부들은 서로 연결될 수 있다.Lower portions of each of the second transfer gate electrodes TG2 may extend into the
도 19a 내지 도 21a는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 제조방법을 나타내는 도면들로, 도 3의 A-A'에 대응하는 단면도들이다. 도 19b 내지 도 21ab 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 제조방법을 나타내는 도면들로, 도 3의 B-B'에 대응하는 단면도들이다. 설명의 간소화를 위해 도 3, 도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한 이미지 센서와 중복되는 설명은 생략된다. 19A to 21A are views illustrating a method of manufacturing an image sensor according to some embodiments of the present invention, and are cross-sectional views corresponding to line AA′ of FIG. 3 . 19B to 21AB are views illustrating a method of manufacturing an image sensor according to some embodiments of the present invention, and are cross-sectional views corresponding to line BB′ of FIG. 3 . For simplicity of description, descriptions overlapping with those of the image sensor described with reference to FIGS. 3, 4, 5A, and 5B are omitted.
도 3, 도 4, 도 19a 및 도 19b를 참조하면, 서로 대향하는 제1 면(100a) 및 제2 면(100b)을 갖는 기판(100)이 제공될 수 있다. 상기 기판(100)은 제1 도전형(일 예로, P형)을 가질 수 있다. 제1 트렌치(T1)가 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)에 인접하게 형성될 수 있다. 상기 제1 트렌치(T1)를 형성하는 것은, 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 제1 마스크 패턴(103)을 형성하는 것, 및 상기 제1 마스크 패턴(103)을 식각 마스크로 이용하여 상기 기판(100)을 식각하는 것을 포함할 수 있다. 상기 제1 트렌치(T1)은 상기 기판(100) 내에 활성 패턴들(ACT)을 정의할 수 있다.Referring to FIGS. 3, 4, 19a and 19b , a
소자분리막(105L)이 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 형성될 수 있다. 상기 소자분리막(105L)은 상기 제1 마스크 패턴(103)을 덮을 수 있고, 상기 제1 트렌치(T1)를 채울 수 있다. 상기 소자분리막(105L)은 일 예로, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 및/또는 실리콘 산질화막을 포함할 수 있다.An
제2 트렌치(T2)가 상기 기판(100) 내에 형성될 수 있다. 상기 제2 트렌치(T2)를 형성하는 것은, 상기 소자분리막(105L) 상에 상기 제2 트렌치(T2)가 형성될 영역을 정의하는 제2 마스크 패턴(미도시)을 형성하는 것, 및 상기 제2 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 소자분리막(105L) 및 상기 기판(100)을 식각하는 것을 포함할 수 있다. A second trench T2 may be formed in the
상기 제2 트렌치(T2)는 상기 기판(100) 내에 복수의 픽셀 영역들(PXR)을 정의할 수 있다. 상기 복수의 픽셀 영역들(PXR)은 상기 제1 방향(D1) 및 상기 제2 방향(D2)을 따라 배열될 수 있다. 상기 제2 트렌치(T2)는 평면적 관점에서 각 픽셀 영역(PXR)을 둘러쌀 수 있다. 상기 제2 트렌치(T2)는 상기 제1 방향(D1) 및 상기 제2 방향(D2)을 따라 각 픽셀 영역(PXR)을 둘러싸도록 연장될 수 있다. 상기 복수의 픽셀 영역들(PXR)의 각각은 상기 제1 트렌치(T1)에 의해 정의된 상기 활성 패턴들(ACT)을 포함할 수 있다. 상기 제2 트렌치(T2)는 각 픽셀 영역(PXR) 내로 연장되는 제1 연장 트렌치들(ET1)을 포함할 수 있다. 상기 제1 연장 트렌치들(ET1)은 각 픽셀 영역(PXR) 내에서 상기 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있고, 상기 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 제2 트렌치(T2)는 각 픽셀 영역(PXR) 내로 연장되는 제2 연장 트렌치들을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 연장 트렌치들은 각 픽셀 영역(PXR) 내에서 상기 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있고, 상기 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있다.The second trench T2 may define a plurality of pixel regions PXR in the
도 3, 도 4, 도 20a 및 도 20b를 참조하면, 상기 제2 트렌치(T2)를 채우는 깊은 소자분리패턴(150)이 형성될 수 있다. 상기 깊은 소자분리패턴(150)은 상기 제2 트렌치(T2)의 내면을 컨포멀하게 덮는 측면 절연 패턴(156), 상기 제2 트렌치(T2)의 하부를 채우는 반도체 패턴(152, 154), 및 상기 반도체 패턴(152, 154) 상에 상기 제2 트렌치(T2)의 잔부를 채우는 매립 절연 패턴(158)을 포함할 수 있다. 상기 반도체 패턴(152, 154)은 상기 제2 트렌치(T2)의 일부를 채우는 제1 반도체 패턴(152), 및 상기 제1 반도체 패턴(152)과 상기 측면 절연 패턴(156) 사이의 제2 반도체 패턴(154)을 포함할 수 있다. 상기 깊은 소자분리패턴(150)은 상기 제1 연장 트렌치들(ET1)을 채우는 제1 연장부들(150P1)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 깊은 소자분리패턴(150)은 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 제2 연장 트렌치들을 채우는 제2 연장부들(150P2)을 더 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 3, 4, 20A and 20B , a deep
상기 깊은 소자분리패턴(150)을 형성하는 것은, 일 예로, 상기 소자분리막(105L) 상에 상기 제2 트렌치(T2)의 내면을 컨포멀하게 덮는 측면 절연막을 형성하는 것, 상기 측면 절연막 상에 상기 제2 트렌치(T2)의 일부를 채우는 제2 반도체 막을 형성하는 것, 상기 제2 반도체 막을 이방성 식각하여 상기 제2 반도체 패턴(154)을 형성하는 것, 상기 제2 반도체 패턴(154) 상에 상기 제2 트렌치(T2)를 채우는 제1 반도체 막을 형성하는 것, 상기 제1 반도체 막을 에치-백하여 상기 제1 반도체 패턴(152)을 형성하는 것, 상기 제2 트렌치(T2)의 잔부를 채우는 매립 절연막을 형성하는 것, 및 상기 매립 절연막 및 상기 측면 절연막을 평탄화하여 상기 매립 절연 패턴(158) 및 상기 측면 절연 패턴(156)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 제2 반도체 패턴(154)을 형성하는 것은, 일 예로, 상기 제2 반도체 패턴(154) 내에 상기 제1 도전형의 불순물(일 예로, P형 불순물)을 주입하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 매립 절연 패턴(158) 및 상기 측면 절연 패턴(156)을 형성하기 위한 상기 평탄화 공정은, 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)이 노출될 때까지 상기 매립 절연막, 상기 측면 절연막 및 상기 소자분리막(105L)을 평탄화하는 것을 포함할 수 있다. 상기 평탄화 공정에 의해, 상기 제1 마스크 패턴(103)이 제거될 수 있고, 상기 제1 트렌치(T1)를 채우는 얕은 소자분리패턴(105)이 형성될 수 있다.Forming the deep
제1 광전변환영역(110a) 및 제2 광전변환영역(110b)이 각 픽셀 영역(PXR) 내에 형성될 수 있다. 상기 제1 광전변환영역(110a) 및 상기 제2 광전변환영역(110b)은 각 픽셀 영역(PXR) 내에서 상기 제1 방향(D1)으로 이웃할 수 있다. 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 상기 제1 연장부들(150P1)은 상기 제1 광전변환영역(110a) 및 상기 제2 광전변환영역(110b) 사이에 개재될 수 있다. 상기 제1 연장부들(150P1)은 상기 제1 광전변환영역(110a) 및 상기 제2 광전변환영역(110b) 사이에서 상기 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있고, 상기 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 상기 제2 연장부들(150P2)은 상기 제1 광전변환영역(110a) 및 상기 제2 광전변환영역(110b) 내로 각각 연장될 수 있다. 상기 제1 광전변환영역(110a) 및 상기 제2 광전변환영역(110b)의 각각은 상기 제2 연장부들(150P2) 사이에서 상기 제2 방향(D2)으로 연속적으로 연장될 수 있다. The first
상기 제1 및 제2 광전 변환 영역들(110a, 110b)을 형성하는 것은, 일 예로, 상기 기판(100) 내에 상기 제1 도전형(일 예로, P형)과 다른 제2 도전형(일 예로, N형)의 불순물을 주입하는 것을 포함할 수 있다.Forming the first and second
박막화 공정이 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b) 상에 수행될 수 있고, 상기 박막화 공정에 의해 상기 기판(100) 및 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 일부가 제거될 수 있다. 상기 박막화 공정은 일 예로, 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b)을 그라인딩(grinding) 또는 연마(polishing)하는 것, 및/또는 이방성 및/또는 등방성 식각하는 것을 포함할 수 있다. 상기 박막화 공정에 의해 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 하부가 제거될 수 있고, 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 하면(150L)은 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b)과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다.A thinning process may be performed on the
도 3, 도 4, 도 21a 및 도 21b를 참조하면, 복수의 제1 전송 게이트 전극들(TG1), 제1 플로팅 확산 영역(FD1), 복수의 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 및 제2 플로팅 확산 영역(FD2)이 각 픽셀 영역(PXR) 상에, 그리고 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)에 인접하게 형성될 수 있다. 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1) 및 상기 제1 플로팅 확산 영역(FD1)은 상기 활성패턴들(ACT) 중 대응하는 활성패턴(ACT) 상에 형성될 수 있고, 상기 제1 광전변환영역(110a)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩할 수 있다. 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2) 및 상기 제2 플로팅 확산 영역(FD2)은 상기 활성패턴들(ACT) 중 대응하는 활성패턴(ACT) 상에 형성될 수 있고, 상기 제2 광전변환영역(110b)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 플로팅 확산 영역(FD)은 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 상기 제1 연장부들(150P1) 사이 및 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 상기 제2 연장부들(150P2) 사이의 대응하는 활성패턴(ACT) 상에 형성될 수 있고, 복수의 제1 전송 게이트 전극들(TG1)이 상기 제1 광전변환영역(110a)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩하도록, 그리고 복수의 제2 전송 게이트 전극들(TG2)이 상기 제2 광전변환영역(110b)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩하도록 형성될 수 있다. Referring to FIGS. 3, 4, 21A and 21B , a plurality of first transfer gate electrodes TG1, a first floating diffusion region FD1, a plurality of second transfer gate electrodes TG2 and a second A floating diffusion region FD2 may be formed on each pixel region PXR and adjacent to the
상기 제1 및 제2 전송 게이트 전극들(TG1, TG2)의 각각의 하부는 대응하는 활성패턴(ACT)을 관통할 수 있고, 상기 기판(100) 내부로 연장될 수 있다. 상기 제1 및 제2 전송 게이트 전극들(TG1, TG2)의 각각의 상부는 상기 대응하는 활성패턴(ACT)의 상면(즉, 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)) 위로 돌출될 수 있다. 상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2, 또는 상기 플로팅 확산 영역(FD))은 상기 대응하는 활성패턴(ACT) 내에 상기 기판(100)의 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 불순물(일 예로, N형 불순물)을 도핑함으로써 형성될 수 있다. Lower portions of each of the first and second transfer gate electrodes TG1 and TG2 may pass through the corresponding active pattern ACT and extend into the
제1 게이트 유전 패턴(GI1)이 상기 제1 전송 게이트 전극들(TG1)의 각각과 상기 기판(100, 즉, 대응하는 활성패턴(ACT)) 사이에 형성될 수 있고, 제2 게이트 유전 패턴(GI2)이 상기 제2 전송 게이트 전극들(TG2)의 각각과 상기 기판(100, 즉, 대응하는 활성패턴(ACT)) 사이에 형성될 수 있다.A first gate dielectric pattern GI1 may be formed between each of the first transfer gate electrodes TG1 and the substrate 100 (that is, the corresponding active pattern ACT), and a second gate dielectric pattern ( GI2) may be formed between each of the second transfer gate electrodes TG2 and the substrate 100 (that is, the corresponding active pattern ACT).
복수의 게이트 전극들(GE) 및 소스/드레인 영역들(SD)이 각 픽셀 영역(PXR) 상에, 그리고 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)에 인접하게 형성될 수 있다. 상기 게이트 전극들(GE) 및 상기 소스/드레인 영역들(SD)은 대응하는 활성패턴들(ACT) 상에 형성될 수 있고, 상기 제1 광전변환영역(110a) 또는 상기 제2 광전변환영역(110b)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩할 수 있다. 상기 소스/드레인 영역들(SD)은 대응하는 활성패턴들(ACT) 내에 상기 제2 도전형의 불순물(일 예로, N형 불순물)이 도핑함으로써 형성될 수 있다. 게이트 유전 패턴(GI)이 상기 게이트 전극들(GE)의 각각과 상기 기판(100, 즉, 상기 대응하는 활성패턴(ACT)) 사이에 형성될 수 있다. A plurality of gate electrodes GE and source/drain regions SD may be formed on each pixel region PXR and adjacent to the
제1 층간 절연막(210)이 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a) 상에 형성될 수 있고, 상기 제1 및 제2 전송게이트 전극들(TG1, TG2) 및 상기 게이트 전극들(GE)을 덮을 수 있다. 콘택 플러그들(220) 중 일부가 상기 제1 층간 절연막(210) 내에 형성될 수 있고, 상기 제1 층간 절연막(210)을 관통하여 상기 제1 및 제2 플로팅 확산 영역들(FD1, FD2, 또는 상기 플로팅 확산 영역(FD)) 및 상기 소스/드레인 영역들(SD)에 연결될 수 있다. 제2 층간 절연막(240)이 상기 제1 층간 절연막(210) 상에 형성될 수 있다. 상기 콘택 플러그들(220) 중 나머지 및 도전 라인들(230)이 상기 제2 층간 절연막(240) 내에 형성될 수 있다. 상기 콘택 플러그들(220) 중 나머지는 상기 제1 층간 절연막(210) 및 상기 제2 층간 절연막(240)을 관통하여 상기 제1 및 제2 전송게이트 전극들(TG1, TG2) 및 상기 게이트 전극들(GE)에 연결될 수 있다. 상기 도전 라인들(230)은 상기 콘택 플러그들(220)에 연결될 수 있다.A first
도 3, 도 4, 도 5a 및 도 5b를 다시 참조하면, 반사 방지막(310) 및 제1 절연막(312)이 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b) 상에 순차로 형성될 수 있다. 컬러 필터 어레이(320)가 상기 제1 절연막(312) 상에 형성될 수 있다. 상기 컬러 필터 어레이(320)는 복수의 컬러 필터들(320)을 포함할 수 있고, 상기 복수의 컬러 필터들(320)은 상기 복수의 픽셀 영역들(PXR) 상에 각각 배치될 수 있다. 상기 복수의 컬러 필터들(320)의 각각은 각 픽셀 영역(PXR)의 상기 제1 및 제2 광전변환영역들(110a, 110b)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩하도록 형성될 수 있다. Referring again to FIGS. 3, 4, 5A, and 5B , an
제2 절연막(322)이 상기 컬러 필터 어레이(320) 상에 형성될 수 있고, 마이크로 렌즈 어레이(330)가 상기 제2 절연막(322) 상에 형성될 수 있다. 상기 마이크로 렌즈 어레이(330)는 상기 복수의 컬러 필터들(320) 상에 각각 배치되는 복수의 마이크로 렌즈들(330)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 마이크로 렌즈들(330)의 각각은 각 픽셀 영역(PXR)의 상기 제1 및 제2 광전변환영역들(110a, 110b)과 수직적으로(일 예로, 상기 제3 방향(D3)으로) 중첩하도록 형성될 수 있다.A second insulating
도 22는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 평면도이고, 도 23은 도 22의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다. 설명의 간소화를 위해, 도 3, 도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한 이미지 센서와 차이점을 주로 설명한다. 22 is a plan view of an image sensor according to some embodiments of the present invention, and FIG. 23 is a cross-sectional view taken along the line II′ of FIG. 22 . For simplicity of explanation, differences from the image sensor described with reference to FIGS. 3, 4, 5A, and 5B will be mainly described.
도 22 및 도 23을 참조하면, 이미지 센서는 픽셀 어레이 영역(AR), 광학 블랙 영역(OB), 및 패드 영역(PR)을 포함하는 기판(100), 상기 기판(100)의 제1 면(100a) 상의 배선층(20), 상기 배선층(20) 상의 베이스 기판(40), 및 상기 기판(100)의 제2 면(100b) 상의 광 투과층(30)을 포함할 수 있다. 상기 배선층(20)은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)과 상기 베이스 기판(40) 사이에 배치될 수 있다. 상기 배선층(20)은 상기 기판(100)의 상기 제1 면(100a)에 인접하는 상부 배선층(21), 및 상기 상부 배선층(21)과 상기 베이스 기판(40) 사이의 하부 배선층(23)을 포함할 수 있다. 상기 픽셀 어레이 영역(AR)은 복수의 픽셀 영역들(PXR), 및 이들 사이에 배치되는 깊은 소자분리패턴(150)을 포함할 수 있다. 상기 픽셀 어레이 영역은 도 1 내지 도 18을 참조하여 설명한 이미지 센서와 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다. 22 and 23 , the image sensor includes a
제1 연결 구조체(50), 제1 콘택(81), 및 벌크 컬러 필터(90)가 상기 기판(100)의 상기 광학 블랙 영역(OB) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 연결 구조체(50)는 제1 차광 패턴(51), 제1 분리 패턴(53), 및 제1 캐핑 패턴(55)을 포함할 수 있다. 상기 제1 차광 패턴(51)은 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 차광 패턴(51)은 상기 제1 절연막(312)을 덮을 수 있고, 제3 트렌치(TR3) 및 제4 트렌치(TR4)의 각각의 내벽을 콘포말 하게 덮을 수 있다. 상기 제1 차광 패턴(51)은 광전 변환층(10) 및 상기 상부 배선층(21)을 관통할 수 있다. 상기 제1 차광 패턴(51)은 상기 광전 변환층(10)의 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 상기 반도체 패턴(152, 154)에 연결될 수 있고, 상기 상부 배선층(21) 및 상기 하부 배선층(23) 내의 배선들에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 연결 구조체(50)는 상기 광전 변환층(10) 및 상기 배선층(20)을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 제1 차광 패턴(51)은 금속 물질(일 예로, 텅스텐)을 포함할 수 있다. 상기 제1 차광 패턴(51)은 상기 광학 블랙 영역(OB) 내로 입사되는 빛을 차단할 수 있다.A
상기 제1 콘택(81)은 상기 제3 트렌치(TR3)의 잔부를 채울 수 있다. 상기 제1 콘택(81)은 금속 물질(일 예로, 알루미늄)을 포함할 수 있다. 상기 제1 콘택(81)은 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 상기 반도체 패턴(152, 154)에 연결될 수 있다. 상기 제1 콘택(81)을 통해 상기 반도체 패턴(152, 154)에 바이어스가 인가될 수 있다. 상기 제1 분리 패턴(53)은 상기 제4 트렌치(TR4)의 잔부를 채울 수 있다. 상기 제1 분리 패턴(53)은 상기 광전 변환층(10)을 관통할 수 있고, 상기 배선층(20)의 일부를 관통할 수 있다. 상기 제1 분리 패턴(53)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 캐핑 패턴(55)은 상기 제1 분리 패턴(53) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 캐핑 패턴(55)은 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 상기 매립 절연 패턴(158)과 동일한 물질을 포함할 수 있다.The
상기 벌크 컬러 필터(90)가 상기 제1 연결 구조체(50) 및 상기 제1 콘택(81) 상에 배치될 수 있다. 상기 벌크 컬러 필터(90)는 상기 제1 연결 구조체(50) 및 상기 제1 콘택(81)을 덮을 수 있다. 제1 보호막(71)이 상기 벌크 컬러 필터(90) 상에 배치되어 상기 벌크 컬러 필터(90)를 밀봉할 수 있다.The
추가적인 광전 변환 영역(110') 및 더미 영역(111)이 상기 광학 블랙 영역(OB)의 대응하는 픽셀 영역들(PXR) 내에 제공될 수 있다. 상기 추가적인 광전 변환 영역(110')은 상기 기판(100)의 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 불순물(일 예로, N형 불순물)로 도핑된 영역일 수 있다. 상기 추가적인 광전 변환 영역(110')은 상기 픽셀 어레이 영역(AR)의 상기 복수의 픽셀 영역들(PXR) 내 광전 변환 영역들(110, 일 예로, 상기 제1 및 제2 광전변환영역들(110a, 110b))과 유사한 구조를 가질 수 있으나, 상기 광전 변환 영역들(110)과 같은 동작(즉, 빛을 받아 전기적 신호를 발생시키는 동작)을 수행하지 않을 수 있다. 상기 더미 영역(111)은 불순물로 도핑되지 않을 수 있다. An additional
제2 연결 구조체(60), 제2 콘택(83), 및 제2 보호막(73)이 상기 기판(100)의 상기 패드 영역(PR) 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 연결 구조체(60)는 제2 차광 패턴(61), 제2 분리 패턴(63), 및 제2 캐핑 패턴(65)을 포함할 수 있다. A
상기 제2 차광 패턴(61)은 상기 기판(100)의 상기 제2 면(100b) 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 차광 패턴(61)은 상기 제1 절연막(312)을 덮을 수 있고, 제5 트렌치(TR5) 및 제6 트렌치(TR6)의 각각의 내벽을 콘포말 하게 덮을 수 있다. 상기 제2 차광 패턴(61)은 상기 광전 변환층(10) 및 상기 상부 배선층(21)을 관통할 수 있다. 상기 제2 차광 패턴(61)은 상기 하부 배선층(23) 내의 배선들에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 연결 구조체(60)는 상기 광전 변환층(10) 및 상기 배선층(20)을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 제2 차광 패턴(61)은 금속 물질(일 예로, 텅스텐)을 포함할 수 있다. 상기 제2 차광 패턴(61)은 상기 패드 영역(PR) 내로 입사되는 빛을 차단할 수 있다.The
상기 제2 콘택(83)은 상기 제5 트렌치(TR5)의 잔부를 채울 수 있다. 상기 제2 콘택(83)은 금속 물질(일 예로, 알루미늄)을 포함할 수 있다. 상기 제2 콘택(83)은 이미지 센서와 외부 소자 사이의 전기적 연결 통로 역할을 할 수 있다. 상기 제2 분리 패턴(63)은 상기 제6 트렌치(TR6)의 잔부를 채울 수 있다. 상기 제2 분리 패턴(63)은 상기 광전 변환층(10)을 관통할 수 있고, 상기 배선층(20)의 일부를 관통할 수 있다. 상기 제2 분리 패턴(63)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 캐핑 패턴(65)은 상기 제2 분리 패턴(63) 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 캐핑 패턴(65) 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 상기 매립 절연 패턴(158)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 보호막(73)은 상기 제2 연결 구조체(60)를 덮을 수 있다.The
상기 제2 콘택(83)을 통해 인가된 전류는 상기 제2 차광 패턴(61), 상기 배선층(20) 내의 배선들, 및 상기 제1 차광 패턴(51)을 통해 상기 깊은 소자분리패턴(150)의 상기 반도체 패턴(152, 154)으로 흐를 수 있다. 상기 픽셀 어레이 영역(AR)의 상기 복수의 픽셀 영역들(PXR) 내 상기 광전 변환 영역들(110, 일 예로, 상기 제1 및 제2 광전변환영역들(110a, 110b))로부터 발생한 전기적 신호는 상기 배선층(20) 내의 배선들, 상기 제2 차광 패턴(61), 및 상기 제2 콘택(83)을 통해 외부로 전송될 수 있다.The current applied through the
본 발명의 실시예들에 대한 이상의 설명은 본 발명의 설명을 위한 예시를 제공한다. 따라서 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다. The above description of embodiments of the present invention provides examples for explaining the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above embodiments, and many modifications and changes, such as combining and implementing the above embodiments, are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. It's obvious.
Claims (20)
상기 기판의 상기 픽셀 영역 내에 배치되고 제1 방향으로 이웃하는 제1 광전변환영역 및 제2 광전변환영역;
상기 기판을 관통하고 상기 픽셀 영역을 둘러싸는 깊은 소자분리패턴, 상기 깊은 소자분리패턴은 상기 제1 광전변환영역 및 상기 제2 광전변환영역 사이에서 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 연장되는 제1 연장부들을 포함하고, 상기 제1 연장부들은 상기 제2 방향으로 서로 이격되는 것;
상기 기판의 상기 픽셀 영역 상에 배치되고 상기 제1 광전변환영역과 수직적으로 중첩하는 복수의 제1 전송 게이트 전극들; 및
상기 기판의 상기 픽셀 영역 상에 배치되고 상기 제2 광전변환영역과 수직적으로 중첩하는 복수의 제2 전송 게이트 전극들을 포함하되,
상기 제1 광전변환영역은 상기 복수의 제1 전송 게이트 전극들 아래에서 상기 제2 방향으로 연장되는 이미지 센서.a substrate including a pixel area;
a first photoelectric conversion region and a second photoelectric conversion region disposed in the pixel region of the substrate and adjacent to each other in a first direction;
a deep device isolation pattern penetrating the substrate and surrounding the pixel region, the deep device isolation pattern extending in a second direction intersecting the first direction between the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region; including first extensions, wherein the first extensions are spaced apart from each other in the second direction;
a plurality of first transfer gate electrodes disposed on the pixel region of the substrate and vertically overlapping the first photoelectric conversion region; and
a plurality of second transfer gate electrodes disposed on the pixel region of the substrate and vertically overlapping the second photoelectric conversion region;
The first photoelectric conversion region extends under the plurality of first transfer gate electrodes in the second direction.
상기 제2 광전변환영역은 상기 복수의 제2 전송 게이트 전극들 아래에서 상기 제2 방향으로 연장되는 이미지 센서.The method of claim 1,
The second photoelectric conversion region extends under the plurality of second transfer gate electrodes in the second direction.
상기 제1 연장부들의 각각의 상기 제2 방향에 따른 길이는 상기 제1 연장부들 사이의 상기 제2 방향에 따른 거리보다 큰 이미지 센서.The method of claim 1,
A length of each of the first extension parts along the second direction is greater than a distance between the first extension parts along the second direction.
상기 픽셀 영역 내에 배치되고, 상기 깊은 소자분리패턴의 상기 제1 연장부들 중 하나를 사이에 두고 상기 제1 방향으로 서로 이격되는 제1 플로팅 확산 영역 및 제2 플로팅 확산 영역을 더 포함하되,
상기 복수의 제1 전송 게이트 전극들은 상기 제1 플로팅 확산 영역에 인접하게 배치되고, 상기 복수의 제2 전송 게이트 전극들은 상기 제2 플로팅 확산 영역에 인접하게 배치되는 이미지 센서.The method of claim 1,
further comprising a first floating diffusion region and a second floating diffusion region disposed in the pixel region and spaced apart from each other in the first direction with one of the first extensions of the deep device isolation pattern interposed therebetween;
The plurality of first transfer gate electrodes are disposed adjacent to the first floating diffusion region, and the plurality of second transfer gate electrodes are disposed adjacent to the second floating diffusion region.
상기 복수의 제1 전송 게이트 전극들의 각각의 하부는 상기 제1 광전변환영역을 향하여 상기 기판 내부로 연장되고,
상기 복수의 제2 전송 게이트 전극들의 각각의 하부는 상기 제2 광전변환영역을 향하여 상기 기판 내부로 연장되는 이미지 센서.The method of claim 1,
A lower portion of each of the plurality of first transfer gate electrodes extends into the substrate toward the first photoelectric conversion region,
A lower portion of each of the plurality of second transfer gate electrodes extends into the substrate toward the second photoelectric conversion region.
상기 깊은 소자분리패턴은 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 연장부들을 더 포함하고,
상기 제2 연장부들은 상기 제1 방향으로 서로 이격되고,
상기 제2 연장부들 중 하나는 상기 제1 광전변환영역 내로 연장되고, 상기 제2 연장부들 중 다른 하나는 상기 제2 광전변환영역 내로 연장되는 이미지 센서.The method of claim 1,
The deep device isolation pattern further includes second extensions extending in the first direction;
The second extension parts are spaced apart from each other in the first direction,
One of the second extension parts extends into the first photoelectric conversion area, and the other of the second extension parts extends into the second photoelectric conversion area.
상기 제2 연장부들의 각각의 상기 제1 방향에 따른 길이는 상기 제1 연장부들의 각각의 상기 제2 방향에 따른 길이보다 작거나 같은 이미지 센서.The method of claim 6,
A length of each of the second extension parts along the first direction is less than or equal to a length of each of the first extension parts along the second direction.
상기 픽셀 영역 내에 배치되고, 상기 제1 연장부들 사이 및 상기 제2 연장부들 사이에 배치되는 플로팅 확산 영역을 더 포함하되,
상기 복수의 제1 전송 게이트 전극들 및 상기 복수의 제2 전송 게이트 전극들은 상기 플로팅 확산 영역에 인접하게 배치되는 이미지 센서.The method of claim 6,
Further comprising a floating diffusion region disposed in the pixel region and disposed between the first extension parts and between the second extension parts,
The plurality of first transfer gate electrodes and the plurality of second transfer gate electrodes are disposed adjacent to the floating diffusion region.
상기 복수의 제1 전송 게이트 전극들 중 하나는 상기 제1 광전변환영역의 제1 부분과 상기 플로팅 확산 영역을 전기적으로 연결하고,
상기 복수의 제1 전송 게이트 전극들 중 다른 하나는 상기 제1 광전변환영역의 제2 부분과 상기 플로팅 확산 영역을 전기적으로 연결하고,
상기 제2 연장부들 중 상기 하나는 상기 제1 광전변환영역의 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이로 연장되는 이미지 센서.The method of claim 8,
one of the plurality of first transfer gate electrodes electrically connects a first portion of the first photoelectric conversion region and the floating diffusion region;
Another one of the plurality of first transfer gate electrodes electrically connects a second portion of the first photoelectric conversion region and the floating diffusion region;
wherein the one of the second extension parts extends between the first part and the second part of the first photoelectric conversion region.
상기 제1 광전변환영역의 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 상기 복수의 제1 전송 게이트 전극들 아래에서 연속적으로 연결되는 이미지 센서.The method of claim 9,
The first part and the second part of the first photoelectric conversion region are continuously connected under the plurality of first transfer gate electrodes.
상기 복수의 제2 전송 게이트 전극들 중 하나는 상기 제2 광전변환영역의 제3 부분과 상기 플로팅 확산 영역을 전기적으로 연결하고,
상기 복수의 제2 전송 게이트 전극들 중 다른 하나는 상기 제2 광전변환영역의 제4 부분과 상기 플로팅 확산 영역을 전기적으로 연결하고,
상기 제2 연장부들 중 상기 다른 하나는 상기 제2 광전변환영역의 상기 제3 부분과 상기 제4 부분 사이로 연장되는 이미지 센서.The method of claim 9,
one of the plurality of second transfer gate electrodes electrically connects a third portion of the second photoelectric conversion region and the floating diffusion region;
Another one of the plurality of second transfer gate electrodes electrically connects a fourth portion of the second photoelectric conversion region and the floating diffusion region;
The other one of the second extension parts extends between the third part and the fourth part of the second photoelectric conversion region.
상기 제2 광전변환영역의 상기 제3 부분 및 상기 제4 부분은 상기 제2 전송 게이트 전극들 아래에서 연속적으로 연결되는 이미지 센서.The method of claim 11,
The third part and the fourth part of the second photoelectric conversion region are continuously connected under the second transfer gate electrodes.
상기 복수의 제1 전송 게이트 전극들의 각각은 상기 제1 광전변환영역을 향하여 상기 기판 내부로 연장되는 하부, 및 상기 기판 위로 돌출되는 상부를 포함하고,
상기 복수의 제1 전송 게이트 전극들 중 이웃하는 제1 전송 게이트 전극들의 상부들은 서로 연결되는 이미지 센서. The method of claim 8,
Each of the plurality of first transfer gate electrodes includes a lower part extending into the substrate toward the first photoelectric conversion region and an upper part protruding above the substrate;
Upper portions of neighboring first transfer gate electrodes among the plurality of first transfer gate electrodes are connected to each other.
상기 복수의 제2 전송 게이트 전극들의 각각은 상기 제2 광전변환영역을 향하여 상기 기파 내부로 연장되는 하부, 및 상기 기판 위로 돌출되는 상부를 포함하고,
상기 복수의 제2 전송 게이트 전극들 중 이웃하는 제2 전송 게이트 전극들의 상부들은 서로 연결되는 이미지 센서. The method of claim 13,
Each of the plurality of second transfer gate electrodes includes a lower portion extending into the wave toward the second photoelectric conversion region and an upper portion protruding above the substrate;
Upper portions of neighboring second transfer gate electrodes among the plurality of second transfer gate electrodes are connected to each other.
상기 제1 면에 수직한 방향을 따라 상기 기판을 관통하는 깊은 소자분리패턴, 상기 깊은 소자분리패턴은 상기 제1 면에 평행하고 서로 교차하는 제1 방향 및 제2 방향을 따라 상기 픽셀 영역을 둘러싸는 것;
상기 기판의 상기 픽셀 영역 내에 배치되고 상기 제1 방향으로 서로 이웃하는 제1 광전변환영역 및 제2 광전변환영역, 상기 깊은 소자분리패턴은 상기 제1 광전변환영역 및 상기 제2 광전변환영역 사이에서 상기 제2 방향으로 연장되는 제1 연장부들을 포함하고, 상기 제1 연장부들은 상기 제2 방향으로 서로 이격되는 것;
상기 기판의 상기 픽셀 영역 상에, 그리고 상기 제1 광전변환영역 상에 배치되는 복수의 제1 전송 게이트 전극들; 및
상기 기판의 상기 픽셀 영역 상에, 그리고 상기 제2 광전변환영역 상에 배치되는 복수의 제2 전송 게이트 전극들을 포함하되,
상기 제1 광전변환영역은 상기 제2 방향을 따라 상기 제1 연장부들 중 하나의 일 측에서 상기 제1 연장부들 중 다른 하나의 일 측으로 연장되고,
상기 제2 광전변환영역은 상기 제2 방향을 따라 상기 제1 연장부들 중 상기 하나의 타측에서 상기 제1 연장부들 중 상기 다른 하나의 타측으로 연장되는 이미지 센서. a substrate having first and second surfaces facing each other, the substrate including a pixel area;
A deep device isolation pattern penetrating the substrate along a direction perpendicular to the first surface, the deep device isolation pattern surrounding the pixel area along first and second directions that are parallel to the first surface and cross each other. that;
A first photoelectric conversion region and a second photoelectric conversion region disposed in the pixel region of the substrate and adjacent to each other in the first direction, and the deep device isolation pattern are interposed between the first photoelectric conversion region and the second photoelectric conversion region. including first extensions extending in the second direction, the first extensions being spaced apart from each other in the second direction;
a plurality of first transfer gate electrodes disposed on the pixel region of the substrate and on the first photoelectric conversion region; and
a plurality of second transfer gate electrodes disposed on the pixel region of the substrate and on the second photoelectric conversion region;
The first photoelectric conversion region extends from one side of one of the first extensions to one side of the other of the first extensions along the second direction;
The second photoelectric conversion region extends from the other side of the one of the first extension parts to the other side of the other one of the first extension parts along the second direction.
상기 제1 연장부들의 각각의 상기 제2 방향에 따른 길이는 상기 제1 연장부들 사이의 상기 제2 방향에 따른 거리보다 큰 이미지 센서.The method of claim 15
A length of each of the first extension parts along the second direction is greater than a distance between the first extension parts along the second direction.
상기 깊은 소자분리패턴은 상기 제1 방향을 따라 상기 픽셀 영역 내로 연장되고 상기 제1 방향으로 서로 이격되는 제2 연장부들을 더 포함하고,
상기 제2 연장부들 중 하나는 상기 제1 광전변환영역 내로 연장되고, 상기 제2 연장부들 중 다른 하나는 상기 제2 광전변환영역 내로 연장되는 이미지 센서.The method of claim 15
The deep device isolation pattern further includes second extension portions extending into the pixel area along the first direction and spaced apart from each other in the first direction;
One of the second extension parts extends into the first photoelectric conversion area, and the other of the second extension parts extends into the second photoelectric conversion area.
상기 기판은 상기 제1 연장부들 사이 및 상기 제2 연장부들 사이에 배치되는 플로팅 확산 영역을 더 포함하고,
상기 복수의 제1 전송 게이트 전극들 및 상기 복수의 제2 전송 게이트 전극들은 상기 플로팅 확산 영역에 인접하게 배치되는 이미지 센서.The method of claim 17
the substrate further comprises a floating diffusion region disposed between the first extensions and between the second extensions;
The plurality of first transfer gate electrodes and the plurality of second transfer gate electrodes are disposed adjacent to the floating diffusion region.
상기 복수의 제1 전송 게이트 전극들 중 하나는 상기 제1 광전변환영역의 제1 부분 상에 배치되고,
상기 복수의 제1 전송 게이트 전극들 중 다른 하나는 상기 제1 광전변환영역의 제2 부분 상에 배치되고,
상기 제2 연장부들 중 상기 하나는 상기 제1 광전변환영역의 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이로 연장되고,
상기 제1 광전변환영역의 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 상기 제1 전송 게이트 전극들 아래에서 연속적으로 연결되는 이미지 센서.The method of claim 18
one of the plurality of first transfer gate electrodes is disposed on a first portion of the first photoelectric conversion region;
Another one of the plurality of first transfer gate electrodes is disposed on a second portion of the first photoelectric conversion region;
the one of the second extension parts extends between the first part and the second part of the first photoelectric conversion region;
The first part and the second part of the first photoelectric conversion region are continuously connected under the first transfer gate electrodes.
상기 복수의 제2 전송 게이트 전극들 중 하나는 상기 제2 광전변환영역의 제3 부분 상에 배치되고,
상기 복수의 제2 전송 게이트 전극들 중 다른 하나는 상기 제2 광전변환영역의 제4 부분 상에 배치되고,
상기 제2 연장부들 중 상기 다른 하나는 상기 제2 광전변환영역의 상기 제3 부분과 상기 제4 부분 사이로 연장되고,
상기 제2 광전변환영역의 상기 제3 부분 및 상기 제4 부분은 상기 제2 전송 게이트 전극들 아래에서 연속적으로 연결되는 이미지 센서.The method of claim 19
one of the plurality of second transfer gate electrodes is disposed on a third portion of the second photoelectric conversion region;
Another one of the plurality of second transfer gate electrodes is disposed on a fourth portion of the second photoelectric conversion region;
The other one of the second extension parts extends between the third part and the fourth part of the second photoelectric conversion region;
The third part and the fourth part of the second photoelectric conversion region are continuously connected under the second transfer gate electrodes.
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