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公開番号2025070982
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-02
出願番号2024165738
出願日2024-09-25
発明の名称ピクセル、及びそれを含むイメージセンサ
出願人三星電子株式会社,Samsung Electronics Co.,Ltd.
代理人弁理士法人ITOH
主分類H10F 39/18 20250101AFI20250424BHJP()
要約【課題】ピクセル、及びそれを含むイメージセンサを提供する。
【解決手段】イメージセンサは、半導体基板の第1面上に配置され、エピタキシャル成長工程によって形成される第1導電型を有する第1エピタキシャル層と、第1エピタキシャル層上に配置され、エピタキシャル成長工程によって形成される第2導電型である光電変換素子と、光電変換素子と半導体基板の第2面との間に配置され、エピタキシャル成長工程によって形成される第2導電型を有する第2エピタキシャル層と、を含む。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
複数のピクセルを含むイメージセンサであって、
前記複数のピクセルの各々は、
半導体基板の第１面上に配置され、エピタキシャル成長工程によって第１導電型を有するように形成される第１エピタキシャル層と、
前記第１エピタキシャル層上に配置され、前記第１導電型と異なる第２導電型を有する光電変換素子と、
前記光電変換素子と前記半導体基板の第２面との間に配置され、前記エピタキシャル成長工程によって前記第２導電型を有するように形成される第２エピタキシャル層と、を含み、
前記光電変換素子は、前記エピタキシャル成長工程によって形成される前記第２導電型のエピタキシャル層である、イメージセンサ。
続きを表示（約 870 文字）【請求項２】
前記光電変換素子は、前記第２導電型の第１濃度を有するエピタキシャル層であり、
前記第２エピタキシャル層は、前記第２導電型の第２濃度を有するエピタキシャル層であり、
前記第１濃度は、前記第２濃度とは異なる、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
前記第１濃度は、前記第２濃度より高い、請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記光電変換素子は、イオン注入工程により、前記第２導電型の不純物をさらに注入することによって形成される、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項５】
前記第２エピタキシャル層は、イオン注入工程により、前記第１導電型の不純物をさらに注入することによって形成される、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項６】
前記第２エピタキシャル層は、前記エピタキシャル成長工程によって、前記光電変換素子と同じ前記第２導電型の濃度を有するように形成される、請求項５に記載のイメージセンサ。
【請求項７】
前記第１導電型は、Ｐ型であり、前記第２導電型は、Ｎ型である、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項８】
前記第１エピタキシャル層は、前記半導体基板の前記第１面から前記半導体基板の前記第２面に向かう方向に、前記光電変換素子と接触し、
前記光電変換素子は、前記半導体基板の前記第１面から前記半導体基板の前記第２面に向かう方向に、前記第２エピタキシャル層と接触する、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項９】
前記半導体基板において、前記複数のピクセルのうちの少なくとも一部を区画する素子分離膜をさらに含む、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項１０】
前記素子分離膜は、前記第２エピタキシャル層、前記光電変換素子、及び前記第１エピタキシャル層を貫通する、請求項９に記載のイメージセンサ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１導電型を有する第１エピタキシャル層、及びエピタキシャル成長工程によって形成され、第２導電型を有する光電変換素子を含むイメージセンサ（image sensor）に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
イメージセンサは、対象物の二次元イメージまたは三次元イメージをキャプチャする（capture）装置である。イメージセンサは、対象物から反射される光の強度に基づいて反応する光電変換素子を利用することによって、対象物のイメージを生成する。近年、コンピュータ産業と通信産業とが発達するにつれ、デジタルカメラ、カムコーダ、ＰＣＳ（personal communication system）、ゲーム機器、警備用カメラ、医療用マイクロカメラ、及び携帯電話のような多様な電子機器において、性能が向上したイメージセンサに対する需要が増大している。
【０００３】
イメージセンサは、ピクセルを含んでもよく、該ピクセルは、光から光電荷を生成する光電変換素子を含んでもよい。光電変換素子の形成時、イオン注入工程によって、基板中に、該基板の導電型と異なる導電型を有する不純物が注入され得る。不純物が注入されることにより、基板の格子欠陥が生じ、それは、イメージデータのノイズを引き起こしてしまう。
【０００４】
従って、イメージセンサから生成されるイメージデータに含まれるノイズを最小化し、画質を改善するための技術が必要とされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、ピクセル、及び該ピクセルを含むイメージセンサを提供することであり、ここで、第１導電型を有する第１エピタキシャル層上に、エピタキシャル成長工程によって、第２導電型の光電変換素子を形成することにより、格子欠陥を最小化し、イメージデータのノイズを最小化する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述の技術的課題を達成するための技術的手段として、本開示の第１態様は、複数のピクセルを含むイメージセンサであって、前記複数のピクセルの各々は、半導体基板の第１面上に配置され、エピタキシャル成長（epitaxial growth）工程によって第１導電型を有するように形成される第１エピタキシャル層と、前記第１エピタキシャル層上に配置され、前記第１導電型と異なる第２導電型を有する光電変換素子と、前記光電変換素子と前記半導体基板の第２面との間に配置され、前記エピタキシャル成長工程によって前記第２導電型を有するように形成される第２エピタキシャル層と、を含み、前記光電変換素子は、前記エピタキシャル成長工程によって形成される前記第２導電型のエピタキシャル層である、イメージセンサを提供し得る。
【０００７】
また、前述の技術的課題を達成するための技術的手段として、本開示の第２態様は、ピクセルであって、第１面及び第２面を含む半導体基板と、前記半導体基板の前記第２面上に形成される垂直伝送ゲートと、前記垂直伝送ゲートを介して前記半導体基板から生成された光電荷を蓄積するように構成されたフローティング拡散領域と、を含み、前記半導体基板は、前記半導体基板の前記第１面上に配置され、第１導電型を有する第１エピタキシャル層と、前記第１エピタキシャル層と接触し、前記半導体基板の前記第１面から前記半導体基板の前記第２面に向かう方向にエピタキシャル成長工程によって形成され、前記第１導電型と異なる第２導電型を有する光電変換素子と、前記半導体基板の前記第１面から前記半導体基板の前記第２面に向かう方向に前記光電変換素子と接触し、前記第２導電型を有する第２エピタキシャル層と、を含む、ピクセルを提供し得る。
【０００８】
また、前述の技術的課題を達成するための技術的手段として、本開示の第３態様は、イメージセンサであって、半導体基板の第１面から前記半導体基板の第２面に向かう第１方向とは反対の第２方向に、前記半導体基板の前記第１面上に配置されるカラーフィルタと、前記第２方向に、前記カラーフィルタ上に配置されるレンズ層と、前記半導体基板の前記第１面と前記第２面との間に配置され、前記第１方向に、前記半導体基板の前記第１面上に配置される第１導電型を有する第１エピタキシャル層と、前記第１方向に、前記第１エピタキシャル層上に配置され、第２導電型を有するエピタキシャル層である光電変換素子と、前記半導体基板の前記第１面と前記第２面との間に配置され、前記第２方向に、前記半導体基板の前記第２面上に配置される第３導電型を有する第２エピタキシャル層と、を含む、イメージセンサを提供し得る。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の技術的思想によるピクセル及びイメージセンサは、第１導電型を有する第１エピタキシャル層、第２導電型を有する光電変換素子、及び第２導電型を有する第２エピタキシャル層を含み、該光電変換素子は、エピタキシャル成長工程によって形成されることにより、イオン注入による格子欠陥を最小化され得る。それにより、自由電荷発生によるダーク電流などの発生が最小化され、イメージデータに含まれるノイズが最小化され、該イメージセンサの画質が向上され得る。
【００１０】
本開示の例示的実施例から得ることができる効果は、以上で言及された効果に制限されるものではなく、言及されていない別途の効果は、以下の説明から、本開示の例示的実施例が属す技術分野において通常の知識を有する者に明確に導き出されて理解され得るであろう。すなわち、本開示の例示的実施例を実施することによる意図されない効果も、本開示の例示的実施例から、当該技術分野の通常の知識を有する者によって導き出され得るであろう。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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