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公開番号2025073107
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-12
出願番号2024187168
出願日2024-10-24
発明の名称イメージセンサ及びそれを含む電子システム
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 20250101AFI20250501BHJP()
要約【課題】感度、解像度及び製品完成度を向上させるイメージセンサ及びそれを含む電子システムを提供する。
【解決手段】イメージセンサ100は、フロントサイド面122F及びバックサイド面122Bを有する基板122内に配置された複数のフォトダイオードPDを含む複数の単位ピクセルPXと、複数の単位ピクセル夫々を分離するように基板をバックサイド面に対して垂直方向に貫通する少なくとも1つの分離構造物DSAと、を含むセンサアレイ領域SA並びにバックサイド面に平行な水平方向でセンサアレイ領域と隣接し、フロントサイド面上に配置された少なくとも1つのキャパシタ158と、前記キャパシタに隣接した位置で基板を垂直方向に貫通する少なくとも1つのダミー分離構造物DSBと、を含むキャパシタ領域CAを含み、少なくとも1つの分離構造物及び少なくとも1つのダミー分離構造物夫々の一端面は、基板のバックサイド面と同一平面に延びる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
フロントサイド面及びバックサイド面を有する基板内に配置された複数のフォトダイオードを含む複数の単位ピクセルと、前記複数の単位ピクセルそれぞれを分離するように構成され、前記基板を前記バックサイド面に対して垂直方向に貫通する少なくとも１つの分離構造物と、を含むセンサアレイ領域と、
前記バックサイド面に平行な水平方向において前記センサアレイ領域と隣接し、前記フロントサイド面上に配置された少なくとも１つのキャパシタと、前記少なくとも１つのキャパシタに隣接した位置で前記基板を前記垂直方向に貫通する少なくとも１つのダミー分離構造物と、を含むキャパシタ領域と、を含み、
前記少なくとも１つの分離構造物及び前記少なくとも１つのダミー分離構造物それぞれの一端面は、前記基板の前記バックサイド面と同一平面に延び、
前記少なくとも１つの分離構造物及び前記少なくとも１つのダミー分離構造物は、それぞれ同じ物質を含む、イメージセンサ。
続きを表示（約 2,500 文字）【請求項２】
前記少なくとも１つの分離構造物及び前記少なくとも１つのダミー分離構造物それぞれは、
前記フロントサイド面から前記バックサイド面まで前記基板を前記垂直方向に貫通するメイン素子分離膜と、
前記垂直方向において、前記基板の前記フロントサイド面から前記基板を一部のみ貫通して前記メイン素子分離膜のうち、前記フロントサイド面に隣接した部分の側壁を覆う局部素子分離膜と、を含む、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
前記センサアレイ領域は、前記キャパシタ領域によって限定される領域内に配置される、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記少なくとも１つのキャパシタは、前記基板の前記バックサイド面に平行な第１水平方向に沿って一列に配置された複数の第１キャパシタを含み、
前記少なくとも１つのダミー分離構造物は、前記複数の第１キャパシタのうち互いに隣接した２個の第１キャパシタ間の離隔空間に対面する前記基板の局部領域において、前記基板の前記バックサイド面と平行であり、前記第１水平方向と直交する第２水平方向に沿って長く延びる部分を含む、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項５】
前記少なくとも１つのキャパシタは、前記基板の前記バックサイド面に平行であり、互いに直交する第１水平方向及び第２水平方向に沿って一列に配置されてマトリックス状に配置される複数のキャパシタを含み、
前記少なくとも１つのダミー分離構造物は、前記垂直方向において、前記複数のキャパシタとオーバーラップされないように、前記基板で前記複数のキャパシタのうち、互いに隣接した２個のキャパシタ間の離隔空間に対面する部分を前記垂直方向に貫通する複数のダミー分離構造物を含む、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項６】
前記少なくとも１つのキャパシタは、前記水平方向に互いに離隔された複数のキャパシタを含み、
前記少なくとも１つのダミー分離構造物は、前記複数のキャパシタそれぞれの周辺で、前記基板を前記垂直方向に貫通して互いに離隔された複数のダミー分離構造物を含み、
前記複数のダミー分離構造物それぞれは、前記キャパシタの周辺で、前記基板を前記垂直方向に貫通する長方形リング(ring)形状を有する、請求項１－５のうちの何れか一項に記載のイメージセンサ。
【請求項７】
フロントサイド面及びバックサイド面を有する基板内に配置された複数のフォトダイオードを含む複数の単位ピクセルと、前記複数の単位ピクセルそれぞれを分離するように構成され、前記基板を前記バックサイド面に対して垂直方向に貫通する少なくとも１つの分離構造物と、を含むセンサアレイ領域と、
前記センサアレイ領域を取り囲み、複数の導電性パッドを含むパッド領域と、
前記センサアレイ領域と前記パッド領域との間に配置され、前記フロントサイド面上に配置された複数のキャパシタと、前記複数のキャパシタのうちから選択されて互いに隣接した２個のキャパシタの間で前記垂直方向に前記基板を貫通する少なくとも１つのダミー分離構造物と、を含むキャパシタ領域と、を含み、
前記少なくとも１つの分離構造物及び前記少なくとも１つのダミー分離構造物それぞれの一端面は、前記基板の前記バックサイド面と同一平面に延び、
前記少なくとも１つの分離構造物及び前記少なくとも１つのダミー分離構造物は、同じ物質を含む、イメージセンサ。
【請求項８】
前記基板の前記バックサイド面と平行な水平方向において前記キャパシタ領域は、前記パッド領域より前記センサアレイ領域にさらに近く配置され、
前記キャパシタ領域は、前記センサアレイ領域の少なくとも一部を取り囲む、請求項７に記載のイメージセンサ。
【請求項９】
前記複数のキャパシタは、前記基板の前記バックサイド面に平行であり、互いに直交する第１水平方向及び第２水平方向に沿って一列に配置されてマトリックス状に配置され、
前記少なくとも１つのダミー分離構造物は、前記複数のキャパシタそれぞれの周辺で、前記基板を前記垂直方向に貫通する複数のダミー分離構造物を含み、
前記複数のダミー分離構造物は、前記第１水平方向に沿って互いに離隔され、前記第１水平方向に沿って一列に配置された複数の第１ダミー分離構造物と、前記第２水平方向に沿って互いに離隔された位置で前記第２水平方向に沿って一列に配置された複数の第２ダミー分離構造物と、を含み、
前記複数の第１ダミー分離構造物と前記複数の第２ダミー分離構造物は、それぞれ前記複数のキャパシタのうちから選択される２個のキャパシタの間で前記基板を前記垂直方向に貫通する、請求項７又は８に記載のイメージセンサ。
【請求項１０】
ロジック素子を含むロジック領域と周辺回路を含む周辺回路領域と、を含む第１半導体チップと、
前記第１半導体チップと垂直方向にオーバーラップされるように、前記第１半導体チップ上に積層された第２半導体チップと、を含み、
前記第２半導体チップは、
フロントサイド面及びバックサイド面を有する基板と、
前記基板内に配置された複数のフォトダイオードを含む複数の単位ピクセルと、前記複数の単位ピクセルそれぞれを分離するように構成され、前記基板を前記バックサイド面に対して垂直方向に貫通する複数の分離構造物と、を含むセンサアレイ領域と、
前記センサアレイ領域を取り囲み、前記基板の前記フロントサイド面上に配置された複数のキャパシタと、前記複数のキャパシタに隣接した位置で前記基板を前記垂直方向に貫通する複数のダミー分離構造物と、を含むキャパシタ領域と、を含み、
前記複数の分離構造物及び前記複数のダミー分離構造物それぞれの一端面は、前記基板の前記バックサイド面と同一平面に延び、
前記複数の分離構造物と前記複数のダミー分離構造物は、同じ物質を含む、イメージセンサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサ及びそれを含む電子システムに係り、特に、センサアレイ領域とキャパシタ領域とを含むイメージセンサ及びそれを含む電子システムに関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
画像を撮影して電気的信号に変換するイメージセンサは、コンピュータ産業と通信産業の発達によってデジタルカメラ、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など多様な分野で使用されている。イメージセンサの高集積化及びピクセルサイズの微細化によって高感度のイメージセンサを具現するために、素子分離構造物によって限定されるセンシング領域の幅は、次第に狭くなっている。これにより、素子分離構造物を含むセンサアレイ領域では、素子分離構造物の密度が高いが、一方、センサアレイ領域を取り囲む周辺回路領域では、素子分離構造物の不在により、イメージセンサの製造過程で基板のバックサイド面を平坦化するとき、センサアレイ領域と周辺回路領域との間に研磨速度差が比較的大きく発生し、これにより、後続のフォトリソグラフィ工程で工程不良が発生しやすい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決しようとする技術的課題は、イメージセンサの製造過程において基板のバックサイド面を平坦化するとき、センサアレイ領域とその周辺の周辺回路領域のうち、センサアレイ領域に隣接したキャパシタ領域との間に研磨速度差を最小化することにより、センサアレイ領域とキャパシタ領域との段差による工程不良を抑制することができる構造を有するイメージセンサを提供することである。
【０００４】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、イメージセンサの製造過程において基板のバックサイド面を平坦化するとき、センサアレイ領域とその周辺の周辺回路領域のうち、センサアレイ領域に隣接したキャパシタ領域との間に研磨速度差を最小化することにより、センサアレイ領域とキャパシタ領域との段差による工程不良を抑制することができる構造を有するイメージセンサを含む電子システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の技術的思想による一態様によるイメージセンサは、フロントサイド面及びバックサイド面を有する基板内に配置された複数のフォトダイオードを含む複数の単位ピクセルと、前記複数の単位ピクセルそれぞれを分離するように構成され、前記基板を前記バックサイド面に対して垂直方向に貫通する少なくとも１つの分離構造物を含むセンサアレイ領域と、前記バックサイド面に平行な水平方向において前記センサアレイ領域と隣接し、前記フロントサイド面上に配置された少なくとも１つのキャパシタと前記少なくとも１つのキャパシタに隣接した位置で前記基板を前記垂直方向に貫通する少なくとも１つのダミー分離構造物を含むキャパシタ領域と、を含み、前記少なくとも１つの分離構造物及び前記少なくとも１つのダミー分離構造物それぞれの一端面は、前記基板の前記バックサイド面と同一平面に延び、前記少なくとも１つの分離構造物及び前記少なくとも１つのダミー分離構造物は、それぞれ同じ物質を含む。
【０００６】
本発明の技術的思想による他の様態によるイメージセンサは、フロントサイド面及びバックサイド面を有する基板内に配置された複数のフォトダイオードを含む複数の単位ピクセルと、前記複数の単位ピクセルそれぞれを分離するように構成され、前記基板を前記バックサイド面に対して垂直方向に貫通する少なくとも１つの分離構造物を含むセンサアレイ領域と、前記センサアレイ領域を取り囲み、複数の導電性パッドを含むパッド領域と、前記センサアレイ領域と前記パッド領域との間に配置され、前記フロントサイド面上に配置された複数のキャパシタと前記複数のキャパシタのうちから選択されて互いに隣接した２個のキャパシタの間で前記垂直方向に前記基板を貫通する少なくとも１つのダミー分離構造物を含むキャパシタ領域と、を含み、前記少なくとも１つの分離構造物及び前記少なくとも１つのダミー分離構造物それぞれの一端面は、前記基板の前記バックサイド面と同一平面に延び、前記少なくとも１つの分離構造物及び前記少なくとも１つのダミー分離構造物は、同じ物質を含む。
【０００７】
本発明の技術的思想によるさらに他の様態によるイメージセンサは、ロジック素子を含むロジック領域と周辺回路を含む周辺回路領域とを含む第１半導体チップと、前記第１半導体チップと垂直方向にオーバーラップされるように、前記第１半導体チップ上に積層された第２半導体チップを含み、前記第２半導体チップは、フロントサイド面及びバックサイド面を有する基板と、前記基板内に配置された複数のフォトダイオードを含む複数の単位ピクセルと、前記複数の単位ピクセルそれぞれを分離するように構成され、前記基板を前記バックサイド面に対して垂直方向に貫通する複数の分離構造物を含むセンサアレイ領域と、前記センサアレイ領域を取り囲み、前記基板の前記フロントサイド面上に配置された複数のキャパシタと、前記複数のキャパシタに隣接した位置で前記基板を前記垂直方向に貫通する複数のダミー分離構造物を含むキャパシタ領域を含み、前記複数の分離構造物及び前記複数のダミー分離構造物それぞれの一端面は、前記基板の前記バックサイド面と同一平面に延び、前記複数の分離構造物と前記複数のダミー分離構造物は、同じ物質を含む。
【０００８】
本発明の技術的思想による一態様による電子システムは、前述した特徴を有するイメージセンサのうちから選択される１つのイメージセンサを含む少なくとも１つのカメラモジュールと、前記少なくとも１つのカメラモジュールから提供されたイメージデータを処理するように構成されたプロセッサを含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の技術的思想によるイメージセンサは、イメージセンサの製造過程で基板のバックサイド面を平坦化するとき、センサアレイ領域とその周辺のキャパシタ領域との間に研磨速度差を最小化することにより、センサアレイ領域とキャパシタ領域との段差による工程不良を抑制することができる。したがって、イメージセンサの製造過程で基板をバックサイド面まで平坦化する工程を遂行した後で行われるフォトリソグラフィ工程でDOF(depth of focus)劣化による工程効率低下を防止し、イメージセンサの製造工程での生産性を向上させ、イメージセンサの感度及び解像度を向上させて製品完成度を向上させうる。
【００１０】
本発明の技術的思想による電子システムは、優秀な感度及び解像度を提供するイメージセンサを含むことにより、動作特性及び信頼度が向上しうる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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