特許ウォッチ

公開番号2025075000
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-14
出願番号2024187881
出願日2024-10-25
発明の名称積層型イメージセンサ及びその製造方法
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 20250101AFI20250507BHJP()
要約【課題】コンバーションゲインを確保する積層型イメージセンサ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】イメージセンサの第1ピクセルアレイ10aは、第1光電変換層、第1フローティングディフュージョン領域12a_1及び第1光電変換層と第1フローティングディフュージョン領域とを電気的に連結する第1伝送トランジスタ、第2光電変換層、第2フローティングディフュージョン領域12a_2、第2光電変換層と第2フローティングディフュージョン領域とを電気的に連結する第2伝送トランジスタを含む第1半導体チップ並びに少なくとも1つのトランジスタを含み、ピクセル信号を出力する第2半導体チップを含み、Z軸方向に延長される第1コンタクト13a_1と、Z軸方向に延長される第2コンタクト13a_2と、複数の第3コンタクト13a_3を含む。
【選択図】図5A
特許請求の範囲【請求項１】
第１光電変換層、第１フローティングディフュージョン領域、及び前記第１光電変換層と前記第１フローティングディフュージョン領域とを電気的に連結する第１伝送トランジスタ、第２光電変換層、第２フローティングディフュージョン領域、前記第２光電変換層と前記第２フローティングディフュージョン領域とを電気的に連結する第２伝送トランジスタを含む第１半導体チップと、
少なくとも１つのトランジスタを含み、前記第１光電変換層及び前記第２光電変換層によるピクセル信号を出力する第２半導体チップと、を含み、
前記第１半導体チップは、
前記第１伝送トランジスタに電気的に連結され、Ｚ軸方向に延長される第１コンタクトと、
前記第２伝送トランジスタに電気的に連結され、Ｚ軸方向に延長される第２コンタクトと、
前記第１フローティングディフュージョン領域と前記第２フローティングディフュージョン領域とにそれぞれ電気的に連結され、Ｚ軸方向に延長される複数の第３コンタクトと、
前記複数の第３コンタクトを電気的に連結し、Ｘ軸方向に延長される第１メタル領域と、を含み、
前記第１コンタクト、前記第２コンタクト及び前記第１メタル領域は、前記第１コンタクト、前記第２コンタクト、前記第１メタル領域が形成される第１層間絶縁層の第１面に接することを特徴とする、積層型イメージセンサ。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記第１コンタクト、前記第２コンタクト、前記第１メタル領域及び前記第３コンタクトは、同一伝導性物質を含むことを特徴とする、請求項１に記載の積層型イメージセンサ。
【請求項３】
前記第１コンタクト、前記第２コンタクト、前記第１メタル領域及び前記第３コンタクトは、タングステン（Ｗ）を含むことを特徴とする、請求項２に記載の積層型イメージセンサ。
【請求項４】
前記第１半導体チップは、
前記第１層間絶縁層の第１面の上部に配される第２層間絶縁層をさらに含み、
前記第２層間絶縁層は、
前記第１コンタクト及び前記第２コンタクトとそれぞれ連結される第１ビア及び第２メタル領域と、
前記第１メタル領域と連結される第２ビア及び第３メタル領域と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の積層型イメージセンサ。
【請求項５】
前記第２メタル領域及び第３メタル領域は、同一層のメタルレイヤであることを特徴とする、請求項４に記載の積層型イメージセンサ。
【請求項６】
前記第１ビア、前記第２メタル領域、前記第２ビア、及び前記第３メタル領域は、
前記第１コンタクト、前記第２コンタクト、前記第１メタル領域、及び前記複数の第３コンタクトと異なる伝導性物質を含むことを特徴とする、請求項４に記載の積層型イメージセンサ。
【請求項７】
前記第２半導体チップは、前記第１フローティングディフュージョン領域及び前記第２フローティングディフュージョン領域と連結されたソースフォロワトランジスタをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の積層型イメージセンサ。
【請求項８】
第１光電変換層、第１フローティングディフュージョン領域、及び前記第１光電変換層と前記第１フローティングディフュージョン領域とを電気的に連結する第１伝送トランジスタ、第２光電変換層、第２フローティングディフュージョン領域、前記第２光電変換層と前記第２フローティングディフュージョン領域とを電気的に連結する第２伝送トランジスタを含む第１半導体チップと、
少なくとも１つのトランジスタを含み、前記第１光電変換層及び前記第２光電変換層によるピクセル信号を出力する第２半導体チップと、
前記ピクセル信号を処理する回路を含む第３半導体チップと、を含み、
前記第１半導体チップは、
前記第１伝送トランジスタに電気的に連結され、Ｚ軸方向に延長される第１コンタクトと、
前記第２伝送トランジスタに電気的に連結され、Ｚ軸方向に延長される第２コンタクトと、
前記第１フローティングディフュージョン領域と前記第２フローティングディフュージョン領域とにそれぞれ電気的に連結され、Ｚ軸方向に延長される複数の第３コンタクトと、
前記複数の第３コンタクトを電気的に連結し、Ｘ軸方向に延長される第１メタル領域と、を含み、
前記第１コンタクト、前記第２コンタクト及び前記第１メタル領域は、前記第１コンタクト、前記第２コンタクト、前記第１メタル領域が形成される第１層間絶縁層の第１面に接することを特徴とする、積層型イメージセンサ。
【請求項９】
前記第１コンタクト、前記第２コンタクト、前記第１メタル領域及び前記第３コンタクトは、同一伝導性物質を含むことを特徴とする、請求項８に記載の積層型イメージセンサ。
【請求項１０】
前記第１半導体チップは、
前記第１層間絶縁層の第１面の上部に配される第２層間絶縁層をさらに含み、
前記第２層間絶縁層は、
前記第１コンタクト及び前記第２コンタクトとそれぞれ連結される第１ビア及び第２メタル領域と、
前記第１メタル領域と連結される第２ビア及び第３メタル領域と、を含むことを特徴とする、請求項８に記載の積層型イメージセンサ。
（【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、積層型イメージセンサ及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
イメージセンサは、光学イメージを電気信号に変換させる装置であり、スマートフォンまたはタブレットのような携帯用電子装置のカメラに使用されうる。該携帯用電子装置の大きさの縮小、及びカメラの性能の向上のために、積層型イメージセンサが開発された。該積層型イメージセンサは、イメージセンサの平面積の縮小、イメージセンサの解像度の向上、及びイメージセンサの信号処理速度の向上を達成しうる。
【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課題は、性能が向上された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課題は、コンバーションゲイン（ＣＧ：conversion gain）が向上されたイメージセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記技術的課題を達成するための本開示の技術的思想による積層型イメージセンサが開示される。
【０００６】
前記イメージセンサは、第１光電変換層、第１フローティングディフュージョン領域、及び前記第１光電変換層と前記第１フローティングディフュージョン領域とを電気的に連結する第１伝送トランジスタ、及び第２光電変換層、第２フローティングディフュージョン領域、前記第２光電変換層と前記第２フローティングディフュージョン領域とを電気的に連結する第２伝送トランジスタを含む第１半導体チップ；少なくとも１つのトランジスタを含み、前記第１光電変換層及び前記第２光電変換層によるピクセル信号を出力する第２半導体チップ；を含み、前記第１半導体チップは、前記第１伝送トランジスタに電気的に連結され、Ｚ軸方向に延長される第１コンタクト；前記第２伝送トランジスタに電気的に連結され、Ｚ軸方向に延長される第２コンタクト；前記第１フローティングディフュージョン領域と前記第２フローティングディフュージョン領域とにそれぞれ電気的に連結され、Ｚ軸方向に延長される複数の第３コンタクト；及び前記複数の第３コンタクトを電気的に連結し、Ｘ軸方向に延長される第１メタル領域；を含み、前記第１コンタクト、前記第２コンタクト及び前記第１メタル領域は、前記第１コンタクト、前記第２コンタクト、前記第１メタル領域が形成される第１層間絶縁層の第１面に接しうる。
【０００７】
前記技術的課題を達成するための本開示の技術的思想による積層型イメージセンサが開示される。
【０００８】
前記イメージセンサは、第１光電変換層、第１フローティングディフュージョン領域、及び前記第１光電変換層と前記第１フローティングディフュージョン領域とを電気的に連結する第１伝送トランジスタ、及び第２光電変換層、第２フローティングディフュージョン領域、前記第２光電変換層と前記第２フローティングディフュージョン領域とを電気的に連結する第２伝送トランジスタを含む第１半導体チップ；少なくとも１つのトランジスタを含み、前記第１光電変換層及び前記第２光電変換層によるピクセル信号を出力する第２半導体チップ；及び前記ピクセル信号を処理する回路を含む第３半導体チップ；を含み、前記第１半導体チップは、前記第１伝送トランジスタに電気的に連結され、Ｚ軸方向に延長される第１コンタクト；前記第２伝送トランジスタに電気的に連結され、Ｚ軸方向に延長される第２コンタクト；前記第１フローティングディフュージョン領域と前記第２フローティングディフュージョン領域とにそれぞれ電気的に連結され、Ｚ軸方向に延長される複数の第３コンタクト；及び前記複数の第３コンタクトを電気的に連結し、Ｘ軸方向に延長される第１メタル領域；を含み、前記第１コンタクト、前記第２コンタクト及び前記第１メタル領域は、前記第１コンタクト、前記第２コンタクト、前記第１メタル領域が形成される第１層間絶縁層の第１面に接しうる。
【０００９】
前記技術的課題を果たすための本開示の技術的思想による積層型イメージセンサが開示される。
【００１０】
前記イメージセンサは、複数のピクセルが配列されたピクセルアレイ；前記ピクセルアレイに制御信号を提供するロウドライバ；前記ロウドライバによって選択されたロウラインのピクセルから出力されたピクセル信号をリードアウト（read out）するリードアウト回路；を含み、前記複数のピクセルそれぞれは、第１フォトダイオード；前記第１フォトダイオードに連結される第１伝送トランジスタ；第２フォトダイオード；前記第２フォトダイオードに連結される第２伝送トランジスタ；前記第１フォトダイオード及び前記第２フォトダイオードで生成された電荷を蓄積する複数のフローティングディフュージョン領域；並びにゲートが前記フローティングディフュージョン領域と連結されるソースフォロワトランジスタ；を含み、前記第１伝送トランジスタ及び前記第２伝送トランジスタにそれぞれ電気的に連結され、Ｚ軸方向に延長される第１コンタクト及び第２コンタクトの高さは、前記複数のフローティングディフュージョン領域それぞれに電気的に連結され、Ｚ軸方向に延長される複数の第３コンタクトを電気的に連結し、Ｘ軸方向に延長される第１メタル領域の高さと同一でもある。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許