具有减少的建立时间的图像传感器制造技术

提供了包括能够在非常短的时间内建立输出电压以实现高速图像传感器的结构的图像传感器。该图像传感器包括：像素区域，其中设置光电二极管(PD)和传输晶体管(Tr)，传输晶体管(Tr)被配置为将PD中累积的电荷传输到浮置扩散(FD)区域；以及Tr区域，其与像素区域相邻设置，并包括第一Tr、第二Tr和第三Tr，其中设置在第一Tr的第一栅电极下方的第一栅极氧化物膜和设置在第二Tr的第二栅电极下方的第二栅极氧化物膜包括比传输Tr的栅极氧化物膜薄的沟道氧化物膜。

Image sensor with reduced setup time

【技术实现步骤摘要】
具有减少的建立时间的图像传感器
本专利技术构思总体上涉及传感器，更具体地，涉及具有减少的建立时间(settingtime)的图像传感器。
技术介绍
图像传感器通常包括布置为二维阵列的多个单位像素。通常，单位像素可以包括单个光电二极管和多个像素晶体管(Tr)。所述多个像素晶体管可以包括例如传输Tr(TGTr)、复位Tr(RGTr)、源极跟随器Tr(SFTr)和选择Tr(SELTr)。随着设备变得更紧凑/集成且像素尺寸变得更精细，图像传感器中正在使用共用像素结构，并且正在开发能够高速拍摄图像的高速图像传感器。
技术实现思路
本专利技术构思的一些实施方式提供了一种图像传感器，其包括：像素区域，其中设置光电二极管(PD)和传输晶体管(Tr)，传输晶体管(Tr)被配置为将PD中累积的电荷传输到浮置扩散(FD)区域；以及Tr区域，其与像素区域相邻设置，并包括第一Tr、第二Tr和第三Tr，其中设置在第一Tr的第一栅电极下方的第一栅极氧化物膜和设置在第二Tr的第二栅电极下方的第二栅极氧化物膜包括比传输Tr的栅极氧化物膜薄的沟道氧化物膜。本专利技术构思的另外的实施方式提供了一种图像传感器，其包括：像素区域，其中布置有共用像素和传输晶体管(Tr)，在像素区域中浮置扩散(FD)区域由至少两个光电二极管(PD)共用，并且传输晶体管(Tr)对应于PD；以及Tr区域，其与像素区域相邻设置，并在其中布置有与共用像素对应的第一Tr、第二Tr和第三Tr，其中设置在第一Tr的第一栅电极下方的第一栅极氧化物膜包括比传输Tr的栅极氧化物膜薄的第一沟道氧化物膜。本专利技术构思的又一些实施方式提供了一种图像传感器，其包括：共用像素，其具有多个光电二极管(PD)共用一个浮置扩散(FD)区域的结构；以及像素Tr，其对应于共用像素并包括传输Tr、第一Tr、第二Tr和第三Tr，这里，设置在第一Tr的第一栅电极下方的第一栅极氧化物膜包括比传输Tr的栅极氧化物膜薄的第一沟道氧化物膜。附图说明本专利技术构思的实施方式将由以下结合附图的详细描述被更清楚地理解，附图中：图1A是根据本专利技术构思的一些实施方式的图像传感器的单位像素的电路图。图1B是图1A的电路图中的源极跟随器晶体管部分的电路图。图1C是示出图1A的电路图中的电压建立时间的概念的信号波形图。图2A是根据本专利技术构思的一些实施方式的图像传感器的共用单位像素的电路图。图2B是与图2A的电路图对应的共用单位像素的示意性俯视图。图2C是沿图2B的线I-I'和II-II'获得的剖视图。图2D是以放大的方式示出图2C的源极跟随器(SF)晶体管(Tr)的剖视图。图3A至3E是根据本专利技术构思的一些实施方式的图像传感器中的应用各种类型的栅极氧化物膜的SFTr的俯视图。图4A是根据本专利技术构思的一些实施方式的具有共用像素结构的图像传感器的电路图。图4B是与图4A的电路图对应的共用单位像素的示意性俯视图。图4C是沿图4B的线III-III'获得的剖视图。图5A和5B分别是沿图2B和4B的线I-I'和III-III'截取的根据本专利技术构思的一些实施方式的图像传感器中的Tr区域的剖视图。图6A至6E是示出根据本专利技术构思的一些实施方式的在图3A的SFTr结构的制造中的工艺步骤的剖视图。图7A至7D是示出根据本专利技术构思的一些实施方式的在图3C的SFTr结构的制造中的工艺步骤的剖视图。具体实施方式图1A是根据本专利技术构思的一些实施方式的图像传感器的单位像素的电路图，图1B是图1A的电路图中的源极跟随器晶体管部分的电路图，图1C是示出图1A的电路图中的电压建立时间的概念的信号波形图。参照图1A至1C，根据本专利技术构思的一些实施方式的图像传感器100可以包括单位像素中的像素区域(见图2B中的PA)和晶体管(Tr)区域(见图2B中的TA)。光电二极管(PD)110、传输(TG)Tr130和浮置扩散(FD)区域120可以布置在像素区域中，而复位(RG)Tr140、源极跟随器(SF)Tr150和选择(SEL)Tr160可以布置在Tr区域中。根据一些实施方式的图像传感器100包括多个单位像素，并且单位像素可以在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上以二维阵列结构布置。同时，TGTr130、RGTr140、SFTr150和SELTr160被称为像素Tr。PD110是P-N结二极管。PD110可以产生与入射光的量成比例的电子(其为负电荷)和空穴(其为正电荷)。TGTr130可以将PD110中产生的电荷传输到FD区域120，RGTr140可以周期性地重置储存在FD区域120中的电荷。SFTr150是根据FD区域120中所充的电荷而缓冲信号的缓冲放大器，SELTr160是用作可选择对应像素的开关的Tr。根据一些实施方式的图像传感器100可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)。然而，图像传感器100不限于CIS。在根据一些实施方式的图像传感器100中，SFTr150的栅极氧化物膜(见图2D的256)可以包括比其它像素Tr130、140和160的栅极氧化物膜(见图2C或2D的位于栅电极232、242或262下方的206)薄的沟道氧化物膜。因此，图像传感器100可以基于SFTr150的薄沟道氧化物膜而减少输出电压Vout的建立时间。结果，可以实现可高速操作的高速图像传感器。具体地，当栅极电压Vin施加到SFTr150的栅电极时，源极电压Vs根据栅极电压Vin而改变。另一方面，因为FD区域120连接到SFTr150的栅电极，所以栅极电压Vin可以基本上等于FD区域120的电压。在这些实施方式中，虽然单位像素的输出电压Vout对应于SELTr160的源极电压，但是图1B中省略了SELTr160并且仅显示了输出电压Vout。在SFTr150中，源极电压Vs可以与栅极电压Vin具有如下面的等式1所示的关系。Vs＝0.9×(Vin－0.5)-----------------------等式1基于等式1，可以直接获得栅极-源极电压Vgs，其是栅电极与源极之间的电压。例如，当栅极电压Vin为2.5V时，根据等式1，源极电压Vs为1.8V，因而栅极-源极电压Vgs可以为0.7V。通常，当制造Tr时，栅极氧化物膜的厚度可以基于最大栅极-源极电压来确定。同时，在先前的图像传感器中，栅极氧化物膜形成为在所有像素Tr中具有相同的厚度，因而栅极氧化物膜形成为具有根据拥有最大栅极-源极电压(例如TGTr130的栅极-源极电压)的Tr的厚度。然而，如以上参照等式1所述，SFTr150的栅极-源极电压Vgs可以显著低于TGTr130的栅极-源极电压Vgs。例如，TGTr130的栅极-源极电压Vgs可以等于或高于3V，而SFTr150的栅极-源极电压Vgs可以低于或等于1.5V。当然，TGTr130和SFTr150的栅极-源极电压Vgs不限于上述值。同时，为了实现高速图像传感器，输出电压Vout的建立时间需要较短。输出电压Vout的建立时间取决于输出电压Vout线的RC延迟，其中电容可最显著地受到输出电压Vout线自身的电容影响，并且电阻可最显著地受到SFTr150的输出电阻影响。假设输出电压Vout线自身的电容在一定程度上恒定，则需要减小SFTr150的输出电阻以减少RC延迟。通常，Tr本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，包括：像素区域，其包括光电二极管和传输晶体管，所述传输晶体管被配置为将所述光电二极管中累积的电荷传输到浮置扩散区域；以及晶体管区域，其与所述像素区域相邻，包括第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管，其中所述第一晶体管的第一栅电极下方的第一栅极氧化物膜和所述第二晶体管的第二栅电极下方的第二栅极氧化物膜包括比所述传输晶体管的栅极氧化物膜薄的沟道氧化物膜。

【技术特征摘要】
2017.10.30 KR 10-2017-01425641.一种图像传感器，包括：像素区域，其包括光电二极管和传输晶体管，所述传输晶体管被配置为将所述光电二极管中累积的电荷传输到浮置扩散区域；以及晶体管区域，其与所述像素区域相邻，包括第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管，其中所述第一晶体管的第一栅电极下方的第一栅极氧化物膜和所述第二晶体管的第二栅电极下方的第二栅极氧化物膜包括比所述传输晶体管的栅极氧化物膜薄的沟道氧化物膜。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一晶体管的所述沟道氧化物膜被所述第一栅电极完全覆盖。3.根据权利要求2所述的图像传感器：其中所述第一晶体管包括源极区域和漏极区域以及沟道区域，所述源极区域和所述漏极区域在衬底的上部中位于所述第一栅电极的两侧，所述沟道区域在所述第一栅电极下方位于所述衬底的所述上部中；以及其中所述第一晶体管的所述沟道氧化物膜设置在所述沟道区域中，或者沿着与从所述源极区域朝向所述漏极区域的长度方向垂直的宽度方向延伸出所述沟道区域。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一栅极氧化物膜包括围绕所述第一晶体管的所述沟道氧化物膜的外部氧化物膜，并且所述外部氧化物膜具有与所述传输晶体管的所述栅极氧化物膜的厚度基本相同的厚度。5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一晶体管的所述沟道氧化物膜的至少一部分从所述第一栅电极的侧表面向外突出。6.根据权利要求1所述的图像传感器：其中所述第一晶体管包括源极区域和漏极区域以及沟道区域，所述源极区域和所述漏极区域在衬底的上部中位于所述第一栅电极的两侧，所述沟道区域在所述第一栅电极下方位于所述衬底的所述上部中；以及其中所述第一晶体管的所述沟道氧化物膜沿着从所述源极区域朝向所述漏极区域的长度方向从所述第一栅电极的两个侧表面延伸、沿着垂直于所述长度方向的宽度方向从所述第一栅电极的两个侧表面延伸、或者沿着所述长度方向和所述宽度方向两者从所述第一栅电极的两个侧表面延伸。7.根据权利要求1所述的图像传感器：其中所述第一晶体管包括源极区域和漏极区域以及沟道区域，所述源极区域和所述漏极区域在衬底的上部中位于所述第一栅电极的两侧，所述沟道区域在所述第一栅电极下方位于所述衬底的所述上部中；以及其中所述沟道区域的顶表面低于所述源极区域和所述漏极区域的顶表面。8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一栅电极的与所述第一晶体管的所述沟道氧化物膜对应的部分向下突出。9.根据权利要求1所述的图像传感器：其中所述第一晶体管是源极跟随器晶体管，所述第二晶体管是选择晶体管，所述第三晶体管是复位晶体管；其中所述复位晶体管、所述源极跟随器晶体管和所述选择晶体管由共用所述浮置扩散区域的光电二极管共用；以及其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宰圭，崔赫洵，金升埴，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR