双垂直栅极和包括该双垂直栅极的图像传感器制造技术

一种图像传感器包括双垂直栅极。双垂直栅极包括在第一方向上彼此间隔开并且在与第一方向垂直的第二方向上垂直地延伸到衬底中的两个垂直延伸部分，以及将两个垂直延伸部分彼此连接的连接部分。元件隔离层在第一方向上与垂直延伸部分的侧表面相邻设置。两个垂直延伸部分由在第二方向上延伸的分离区域分开，并且分离区域的顶表面低于元件隔离层的顶表面。分离区域的顶表面低于元件隔离层的顶表面。分离区域的顶表面低于元件隔离层的顶表面。

【技术实现步骤摘要】
双垂直栅极和包括该双垂直栅极的图像传感器
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年07月21日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10
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2021
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0096003号的优先权，该韩国专利申请的内容通过引用整体并入于此。


[0003]本专利技术构思的实施例涉及一种图像传感器，并且更具体地，涉及一种包括垂直栅极结构的图像传感器。

技术介绍

[0004]图像传感器将光学图像转换为电信号。由于计算机工业和通信工业最近的发展，在诸如数码相机、摄录机、个人通信系统(PCS)、游戏设备、安防相机、医用微型相机等各种领域中期望改进的图像传感器。图像传感器包括二维(2D)阵列中的多个单位像素。通常，单位像素包括一个光电二极管和多个像素晶体管。像素晶体管包括例如传输(transfer)晶体管、复位晶体管、源极跟随器晶体管和选择晶体管。最近，随着像素的小型化，已经开发了包括垂直栅极结构的图像传感器。

技术实现思路

[0005]本专利技术构思的实施例提供了具有最大化电荷转移特性的双垂直栅极和包括该双垂直栅极的图像传感器。
[0006]根据本专利技术构思的实施例，提供了一种图像传感器，该图像传感器包括双垂直栅极，该双垂直栅极包括：在第一方向上彼此间隔开并且在与第一方向垂直的第三方向上垂直地延伸到衬底中的两个垂直延伸部分，以及将两个垂直延伸部分彼此连接的连接部分。图像传感器还包括设置为在第一方向上与垂直延伸部分的侧表面相邻的元件隔离层。两个垂直延伸部分由在与第一方向和第三方向垂直的第二方向上延伸的分离区域分开，并且分离区域的顶表面低于元件隔离层的顶表面。
[0007]根据本专利技术构思的另一实施例，提供了一种图像传感器，该图像传感器包括衬底，设置在衬底上部的双垂直栅极，设置在衬底内部、双垂直栅极下方的光电二极管(PD)，设置为在衬底上部上并且在第一方向上与双垂直栅极相邻的元件隔离层，以及设置为在衬底上部上并且在与第一方向垂直的第二方向上与双垂直栅极相邻的浮动扩散(FD)区。双垂直栅极包括：两个垂直延伸部分，在第一方向上彼此间隔开并且在与第一方向和第二方向垂直的第三方向上垂直地延伸到衬底中；以及连接部分，将两个垂直延伸部分彼此连接。两个垂直延伸部分由在第二方向和第三方向上延伸的分离区域彼此分开，并且分离区域的顶表面低于元件隔离层的顶表面。
[0008]根据本专利技术构思的另一实施例，提供了一种图像传感器，该图像传感器包括衬底，设置在衬底上部上的双垂直栅极，设置在衬底内部、双垂直栅极下方的光电二极管(PD)，设置为在衬底上部上并且在第一方向上与双垂直栅极相邻的元件隔离层，设置为在衬底上部
上并且在与第一方向垂直的第二方向上与双垂直栅极相邻的浮动扩散(FD)区，以及包括至少一个晶体管(TR)的晶体管区。双垂直栅极包括：两个垂直延伸部分，在第一方向上彼此间隔开并且在与第一方向和第二方向垂直的第三方向上垂直地延伸到衬底中；以及连接部分，将垂直延伸部分彼此连接。
附图说明
[0009]图1是根据本专利技术构思的实施例的包括双垂直栅极的图像传感器的一些像素的电路图。
[0010]图2A至图2D是根据本专利技术构思的实施例的包括双垂直栅极的图像传感器的像素的平面图和截面图，以及比较示例的截面图。
[0011]图3A至图3E是根据本专利技术构思的实施例的包括双垂直栅极的图像传感器的像素的截面图。
[0012]图4A和图4B是根据本专利技术构思的实施例的包括双垂直栅极的图像传感器的像素的平面图和截面图。
[0013]图5A至图5C是根据本专利技术构思的实施例的包括双垂直栅极的图像传感器的截面图。
[0014]图6A和图6B是根据本专利技术构思的实施例的包括双垂直栅极的图像传感器的像素的平面图。
[0015]图7A和图7B是根据本专利技术构思的实施例的包括双垂直栅极的图像传感器的像素的平面图和截面图。
[0016]图8是根据本专利技术构思的实施例的包括双垂直栅极的图像传感器的像素的平面图。
[0017]图9A和图9B是根据本专利技术构思的实施例的包括双垂直栅极的图像传感器的像素的平面图。
[0018]图10A和图10B是根据本专利技术构思的实施例的包括双垂直栅极的图像传感器的像素的平面图和相对应的电路图。
[0019]图11是根据本专利技术构思的实施例的图像传感器的示意性结构图。
具体实施方式
[0020]在下文中，将参考附图详细地描述本专利技术构思的实施例。附图中相同的组件可以被指代为相同的附图标记，并且可以不再重复地描述。
[0021]图1是根据本专利技术构思的实施例的包括双垂直栅极的图像传感器的一些像素的电路图。
[0022]参考图1，根据本专利技术构思的实施例的包括双垂直栅极的图像传感器100——在下文中称为“图像传感器”——还包括以二维(2D)阵列结构布置的多个像素PX。例如，像素PX在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)之间的两个对角线方向上——即，第一对角线方向D1和第二对角线方向D2——以2D阵列结构布置。2D阵列结构的这种像素PX构成了有源像素传感器(APS)。
[0023]像素PX中的每个包括光电二极管PD、浮动扩散区FD和像素晶体管。例如，像素晶体
管包括传输晶体管TX、复位晶体管RX、源极跟随器晶体管SFX和选择晶体管SX。这种像素晶体管形成在如图2B所示的衬底101的正面FS上，如图2B所示。例如，像素晶体管经由触点连接到形成在衬底101的正面FS上的布线层。
[0024]光电二极管PD生成并且积累与入射到其上的光量成比例的电荷。作为参考，将光转换为电荷的元件通常被称为光电转换元件，并且光电二极管PD对应于一种类型的光电转换元件。在根据本专利技术构思的实施例的图像传感器100中，像素PX中的光电转换元件不限于光电二极管PD。例如，根据本专利技术构思的实施例，不同类型的光电转换元件，诸如光电晶体管、光电门、钳位光电二极管(Pinned Photodiode)或其组合等，可以被包括在像素PX中。
[0025]另外，在根据本专利技术构思的实施例的图像传感器100中，传输晶体管TX包括双垂直栅极110，如图2A所示。传输晶体管TX将在光电二极管PD中生成的电荷传送到浮动扩散区FD。下面将参考图2A至图2D更详细地描述传输晶体管TX和双垂直栅极110。
[0026]浮动扩散区FD接收在光电二极管PD中生成的电荷，以及累积并且存储所接收的电荷。源极跟随器晶体管SFX由在浮动扩散区FD中累积的电荷量来控制。复位晶体管RX周期性地复位在浮动扩散区FD中累积的电荷。复位晶体管RX的漏极连接到浮动扩散区FD，而复位晶体管RX的源极连接到电源电压V
DD
。当复位晶体管RX导通时，将连接到复位晶体管RX的源极的电源电压V
DD
提供给浮动扩散区FD。因此，将在浮动扩散区FD中所累积的电荷放电，使得浮动扩散区FD被复位。
[0027]源极跟随器晶体管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，包括：双垂直栅极，包括在第一方向上彼此间隔开并且在与所述第一方向垂直的第三方向上垂直地延伸到衬底中的两个垂直延伸部分，以及将所述两个垂直延伸部分彼此连接的连接部分；和元件隔离层，设置为在所述第一方向上与所述垂直延伸部分的侧表面相邻，其中，所述两个垂直延伸部分由在与所述第一方向和所述第三方向垂直的第二方向上延伸的分离区域分开，和所述分离区域的顶表面低于所述元件隔离层的顶表面。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述分离区域在与所述第二方向垂直的方向上的截面具有三角形、矩形或梯形之一的形状。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述分离区域的所述顶表面具有所述第三方向上的高度增加的形状。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述元件隔离层设置在所述双垂直栅极的第一侧表面上，并且浮动扩散FD区设置在所述双垂直栅极的第二侧表面上，以及所述分离区域的所述顶表面具有从所述元件隔离层朝向所述FD区增加的所述第三方向上的高度。5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述分离区域填充有形成所述衬底的硅，光电二极管PD设置在所述双垂直栅极下方，以及沿所述分离区域的所述顶表面形成从所述PD到所述FD区的电荷转移路径。6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，在低于所述元件隔离层的所述顶表面的水平处或在与所述元件隔离层的所述顶表面相同的水平处，所述双垂直栅极的水平截面具有花生的形状。7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述连接部分的顶表面具有其中心部分高于其外部部分的结构。8.一种图像传感器，包括：衬底；双垂直栅极，设置在所述衬底的上部；光电二极管PD，设置在所述衬底内部、所述双垂直栅极下方；元件隔离层，设置为在所述衬底的所述上部上并且在第一方向上与所述双垂直栅极相邻；和浮动扩散FD区，设置为在所述衬底的所述上部上并且在与所述第一方向垂直的第二方向上与所述双垂直栅极相邻，其中，所述双垂直栅极包括：在所述第一方向上彼此间隔开并且在与所述第一方向和所述第二方向垂直的第三方向上垂直地延伸到所述衬底中的两个垂直延伸部分，以及将所述两个垂直延伸部分彼此连接的连接部分，其中，所述两个垂直延伸部分由在所述第二方向和所述第三方向上延伸的分离区域彼此分开，和所述分离区域的顶表面低于所述元件隔离层的顶表面。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述分离区域在与所述第二方向垂直的方向上的截面具有三角形、矩形或梯形之一的形状。10.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述元件隔离层设置为在所述第二方向上与所述双垂直栅极相邻以及与所述FD区相对，和所述分离区域的所述顶表面具有在所述第二方向上从所述元件隔离层朝向所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩东敏，金元赫，罗承柱，郑熙根，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：