CN108269813A - 图像传感器 - Google Patents

图像传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN108269813A
CN108269813A CN201711430935.3A CN201711430935A CN108269813A CN 108269813 A CN108269813 A CN 108269813A CN 201711430935 A CN201711430935 A CN 201711430935A CN 108269813 A CN108269813 A CN 108269813A
Authority
CN
China
Prior art keywords
photoelectric conversion
imaging sensor
layer
unit pixel
floating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711430935.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108269813B (zh
Inventor
李贵德
李泰渊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of CN108269813A publication Critical patent/CN108269813A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108269813B publication Critical patent/CN108269813B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H01L27/14614—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor having a special gate structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14634—Assemblies, i.e. Hybrid structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14689—MOS based technologies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/148—Charge coupled imagers
    • H01L27/14893—Charge coupled imagers comprising a photoconductive layer deposited on the CCD structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/062—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the metal-insulator-semiconductor type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

一种图像传感器可包括衬底，其包括多个单元像素区并且具有彼此面对的第一表面和第二表面。单元像素区中的每一个可包括：在衬底中彼此间隔开的多个浮置扩散部件；存储节点，它们设置在衬底中并且与浮置扩散部件间隔开，并且面对浮置扩散部件；转移栅极，其邻近于浮置扩散部件与存储节点之间的区；以及光电转换部件，它们按次序堆叠在第一表面和第二表面之一上。光电转换部件中的每一个可包括分别设置在其顶表面和底表面上的公共电极和像素电极，并且各个像素电极可电连接至对应的一个存储节点。

Description

图像传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年1月3日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2017-0000838的优先权，该申请的公开以引用方式全文并入本文中。
技术领域
本发明构思涉及图像传感器，并且具体地说，涉及包括具有多层结构的光电转换部件的图像传感器。
背景技术
图像传感器是一种将光学图像转换为电信号的半导体装置。换句话说，图像传感器检测并传递构成图像的信息。图像传感器可分为两种类型：电荷耦合器件(CCD)类型和互补金属氧化物半导体(CMOS)类型。CMOS类型的图像传感器可被称作“CIS”。CIS可包括以二维方式排列的多个像素，并且像素中的每一个包括将入射光转换为电信号的光电二极管(PD)。
发明内容
根据本发明构思的示例性实施例，一种图像传感器可包括：包括多个单元像素区的衬底，所述衬底具有彼此面对的第一表面和第二表面，其中单元像素区中的每一个包括：在衬底中彼此间隔开的多个浮置扩散部件；多个存储节点，其设置在衬底中并且与浮置扩散部件间隔开，其中存储节点中的每一个面对对应的一个浮置扩散部件；转移栅极，其邻近于浮置扩散部件与存储节点之间的区；以及多个光电转换部件，它们按次序堆叠在所述第一表面和所述第二表面之一上，其中光电转换部件中的每一个包括公共电极和像素电极，公共电极设置在对应的光电转换部件的顶表面，像素电极设置在对应的光电转换部件的底表面并且电连接至对应的一个存储节点。
根据本发明构思的示例性实施例，一种图像传感器可包括：包括多个单元像素区的衬底，其中单元像素区中的每一个包括：多个浮置扩散部件，它们在衬底中排列成一条线并且彼此间隔开；多个存储节点，它们设置在衬底中，并且与浮置扩散部件间隔开，其中所述多个存储节点分别面对所述多个浮置扩散部件；转移栅极，其邻近于浮置扩散部件与存储节点之间的区；多个光电转换部件，它们按次序堆叠在衬底的顶表面或底表面上，其中光电转换部件吸收不同波长的光，并且从吸收的光中产生电荷，并且电荷从光电转换部件转移至它们对应的存储节点。
根据本发明构思的示例性实施例，一种图像传感器可包括：第一层、第二层和第三层，它们布置在衬底的第一侧，所述第一层构造为检测具有对应于第一颜色的波长的光，所述第二层被造为检测具有对应于第二颜色的波长的光，所述第三层构造为检测具有对应于第三颜色的波长的光；连接至所述第一层的第一存储节点；连接至所述第二层的第二存储节点；连接至所述第三层的第三存储节点；第一浮置扩散部件、第二浮置扩散部件和第三浮置扩散部件，它们布置在衬底的第二侧，所述第一浮置扩散部件面对所述第一存储节点，所述第二浮置扩散部件面对所述第二存储节点，并且所述第三浮置扩散部件面对所述第三存储节点；以及邻近于所述第一浮置扩散部件布置的转移栅极。
附图说明
图1是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图；
图2是沿着图1的线A-A'截取的剖视图；
图3是沿着图1的线B-B'截取的剖视图；
图4是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的一部分的透视图；
图5是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的电路图；
图6、图7、图8、图9、图10、图11和图12是示出根据本发明构思的示例性实施例的制造具有图2的竖直剖面的图像传感器的处理的剖视图；
图13是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图；
图14是沿着图13的线A-A'截取的剖视图；
图15是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图；
图16是沿着图15的线A-A'截取的剖视图；
图17是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图；
图18是沿着图17的线A-A'截取的剖视图；
图19是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图；
图20是示出图19的图像传感器的一部分的透视图；
图21是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图；
图22是示出图21的图像传感器的一部分的透视图；
图23是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图；
图24是示出图23的图像传感器的一部分的透视图；
图25是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图；
图26是沿着图25的线A-A'截取的剖视图；
图27是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图；
图28是沿着图27的线A-A'截取的剖视图；
图29是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图；
图30是沿着图29的线A-A'截取的剖视图；
图31是沿着图29的线B-B'截取的剖视图；
图32是沿着图29的线C-C'截取的剖视图；
图33是沿着图29的线C-C'截取的剖视图，示出了根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器；
图34是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图；
图35是沿着图34的线A-A'截取的剖视图；
图36是沿着图34的线B-B'截取的剖视图；
图37是沿着图34的线D-D'截取的剖视图。
具体实施方式
现在，将参照附图更加完全地描述本发明构思的示例性实施例。在图中，相同附图标记指代相同元件。
图1是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图。图2是沿着图1的线A-A'截取的剖视图。图3是沿着图1的线B-B'截取的剖视图。图4是示出根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的一部分的透视图。
参照图1至图4，图像传感器200可包括设有多个单元像素区UP的半导体衬底1。例如，半导体衬底1可为单晶硅晶片。半导体衬底1可包括被掺杂以具有第一导电类型的阱区5。半导体衬底1可具有彼此面对的第一表面1a和第二表面1b。器件隔离层3可设置在半导体衬底1中，以将各个单元像素区UP彼此分离。器件隔离层3可具有浅沟槽隔离(STI)结构或者深沟槽隔离(DTI)结构。在器件隔离层3具有DTI结构的情况下，器件隔离层3可从第一表面1a穿过半导体衬底1至第二表面1b。虽然器件隔离层3示为与第二表面1b间隔开，但是器件隔离层3可延伸至第二表面1b。例如，器件隔离层3可接触第二表面1b或者邻近于第二表面1b。
在单元像素区UP中的每一个中，浮置扩散部件FD1、FD2和FD3可设置在衬底1的邻近于第一表面1a的一部分中。浮置扩散部件FD1、FD2和FD3可排列成一线并且可彼此间隔开。在单元像素区UP中的每一个中，存储节点SN1、SN2和SN3可设置在衬底1的邻近于第二表面1b的另一部分中。存储节点SN1、SN2和SN3可排列成一线并且可彼此间隔开。当在平面图中看时，存储节点SN1、SN2和SN3可分别与浮置扩散部件FD1、FD2和FD3重叠。存储节点SN1、SN2和SN3中的每一个可与浮置扩散部件FD1、FD2和FD3间隔开。存储节点SN1、SN2和SN3以及浮置扩散部件FD1、FD2和FD3可为被掺杂以具有与第一导电类型不同的第二导电类型的杂质区。
转移栅极TG可设置在存储节点SN1、SN2和SN3以及浮置扩散部件FD1、FD2和FD3附近。转移栅极TG可包括设置在第一表面1a上的突出栅极部分43和从突出栅极部分43延伸并且插入半导体衬底1中的埋置栅极部分41。当在平面图中看时，转移栅极TG可成形为类似于字母‘C’的形状。例如，参照图1和图4，转移栅极TG可布置在将在后续操作中通过电压形成的沟道区CH1至CH3中的每一个的两侧。通过将转移栅极TG构造为具有C形，可容易地形成沟道区CH1至CH3，结果，转移栅极TG的电荷转移效率和操作速度可增大。栅极绝缘层13可介于转移栅极TG与半导体衬底1之间。半导体衬底1可具有凹进区14，并且埋置栅极部分41可设置在凹进区14中。
封盖图案15和间隔件17可设为分别覆盖突出栅极部分43的顶表面和侧表面。第一表面1a可被第一层间绝缘层19覆盖。栅极接触插塞21可穿过第一层间绝缘层19和封盖图案15，并且可电连接至转移栅极TG。FD接触插塞23可穿过第一层间绝缘层19，并且可分别电连接至第一至第三浮置扩散部件FD1至FD3。栅极接触插塞21和FD接触插塞23可由掺杂的多晶硅、钛、氮化钛、钽、氮化钽或者钨中的至少一个形成或者包括它们中的至少一个。
转移栅极线25和FD线27可设置在第一层间绝缘层19上。转移栅极线25可电连接至栅极接触插塞21。各FD线27可分别电连接至各FD接触插塞23。第二层间绝缘层29和钝化层31可按次序堆叠在第一层间绝缘层19上。第一层间绝缘层19和第二层间绝缘层29可由基于氧化硅的材料形成。钝化层31可由氮化硅或聚酰亚胺形成。
光电转换部件PD1、PD2和PD3可按次序堆叠在第二表面1b上。光电转换部件PD1、PD2和PD3可包括按次序堆叠在第二表面1b上的第一光电转换部件PD1、第二光电转换部件PD2和第三光电转换部件PD3。第一光电转换部件PD1可包括第一像素电极59、第一光电转换层61和第一公共电极63。多个第一公共电极63在多个单元像素区UP中位于衬底1上方位于相同水平。第一公共电极63可通过介于各个第一公共电极63之间的第一绝缘图案57被分到每个单元像素区UP中。第一绝缘图案57可由绝缘材料(例如，氧化硅、氮化硅或者氧氮化硅)形成。第一光电转换层61和第一公共电极63可覆盖基本上全部的第二表面1b。第三层间绝缘层51可介于第一光电转换部件PD1与第二表面1b之间。第一SN接触插塞55可穿过第三层间绝缘层51并且将第一像素电极59电连接至第一存储节点SN1。第一绝缘层53可包围第一SN接触插塞55或者覆盖第一SN接触插塞55的侧表面。
第四层间绝缘层65可介于第一光电转换部件PD1与第二光电转换部件PD2之间。第二光电转换部件PD2可包括第二像素电极73、第二光电转换层75和第二公共电极77。在本发明构思的示例性实施例中，通过介于其间的第二绝缘图案71彼此间隔开的多个第二像素电极73可设置在每层中，并且第二像素电极73中的每一个可布置在对应的一个单元像素区UP上。第二绝缘图案71可由绝缘材料(例如，氧化硅、氮化硅或氧氮化硅)形成。第二光电转换层75和第二公共电极77可覆盖基本上全部的第二表面1b。第二SN接触插塞69可穿过第四层间绝缘层65、第一光电转换部件PD1和第三层间绝缘层51，并且将第二像素电极73电连接至第二存储节点SN2。第二绝缘层67可设置在第二SN接触插塞69的侧表面上，以将第二SN接触插塞69与第一光电转换部件PD1电分离。
第五层间绝缘层79可介于第二光电转换部件PD2与第三光电转换部件PD3之间。第三光电转换部件PD3可包括第三像素电极87、第三光电转换层89和第三公共电极91。在本发明构思的示例性实施例中，通过介于其间的第三绝缘图案85彼此间隔开的多个第三像素电极87可设置在每层中，并且第三像素电极87中的每一个可位于对应的一个单元像素区UP上。第三绝缘图案85可由绝缘材料(例如，氧化硅、氮化硅或者氧氮化硅)形成。第三光电转换层89和第三公共电极91可覆盖基本上全部的第二表面1b。第三SN接触插塞83可穿过第五层间绝缘层79、第二光电转换部件PD2、第四层间绝缘层65、第一光电转换部件PD1和第三层间绝缘层51，并且可用于将第三像素电极87电连接至第三存储节点SN3。第三绝缘层81可设置在第三SN接触插塞83的侧表面上，以将第三SN接触插塞83与第二光电转换部件PD2和第一光电转换部件PD1电分离。保护层93可位于第三光电转换部件PD3上。第一层间绝缘层至第五层间绝缘层(19、29、51、65和79)以及第一绝缘图案至第三绝缘图案(57、71和85)可由相同的绝缘材料(例如，氧化硅)形成。第一绝缘层至第三绝缘层(53、67和81)可由例如氧化硅、氮化硅或氧氮化硅中的至少一个形成。保护层93可由例如氮化硅或聚酰亚胺形成。
保护层93、第四层间绝缘层65和第五层间绝缘层79以及第一绝缘图案至第三绝缘图案(57、71和85)可由透明绝缘材料形成。第一公共电极至第三公共电极(63、77和91)可由透明导电材料形成。例如，第一公共电极至第三公共电极(63、77和91)可由氧化锡(SnO2)、氧化钛(TiO2)、氧化铟(InO2)、铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)或者InGaO3(ZnO)5(IGZO)形成。
第一SN接触插塞至第三SN接触插塞(55、69和83)各自可具有与FD接触插塞23的透光率不同的透光率。例如，第一SN接触插塞至第三SN接触插塞(55、69和83)的透光率可高于FD接触插塞23的透光率。换句话说，第一SN接触插塞至第三SN接触插塞(55、69和83)可比FD接触插塞23更透明。由于FD接触插塞23不位于光入射区中，因此FD接触插塞23可具有更大的电荷转移速度。因此，FD接触插塞23可由不透明的导电材料(例如，钨)形成。另外，第一SN接触插塞至第三SN接触插塞(55、69和83)可位于光入射区，因此，第一SN接触插塞至第三SN接触插塞(55、69和83)可由透明导电材料形成。这样，光可朝着邻近光入射区的区传播。例如，第一SN接触插塞至第三SN接触插塞(55、69和83)可由氧化锡(SnO2)、氧化钛(TiO2)、氧化铟(InO2)、铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)或者InGaO3(ZnO)5(IGZO)形成。
第一光电转换层至第三光电转换层(61、75和89)可构造为分别检测具有不同波长的光。例如，第一光电转换层至第三光电转换层(61、75和89)之一可吸收红光(例如，波长为约620至700nm)，并且从中产生电荷。第一光电转换层至第三光电转换层(61、75和89)中的另一个可吸收绿光(例如，波长为约520至580nm)，并且从中产生电荷。第一光电转换层至第三光电转换层(61、75和89)中的另一个可吸收蓝光(例如，波长为约420至480nm)，并且从中产生电荷。
第一光电转换层至第三光电转换层(61、75和89)可包括具有不同光学带隙的有机材料。第一光电转换层至第三光电转换层(61、75和89)可单独包括聚合物、低聚物和复杂聚合物中的一种或多种或者包括它们彼此的组合。第一光电转换层至第三光电转换层(61、75和89)中的每一个可为具有相似或不同的电子亲和性和不同的电子能隙的两种或更多种共轭聚合物或者两种或更多种有机分子的混合物。例如，第一光电转换层至第三光电转换层(61、75和89)可由聚乙炔(PA)、polyisothianaphene、聚噻吩(PT)、聚吡咯(PPr)、聚(2,5-噻吩乙炔)(PTV))、聚(对亚苯基)(PPP)、聚芴(PF)、聚(对苯乙炔)(PPV)、聚咔唑、聚(1,6-庚二炔)、polyquinolene和半导电聚苯胺或它们的衍生物中的至少一个形成，或者包括它们中的至少一个。在本发明构思的示例性实施例中，第一光电转换层至第三光电转换层(61、75和89)在它们的其中包含的聚合物或低聚物的重复单元的分子结构方面可不同。在本发明构思的示例性实施例中，不同的分子团可分别附着于第一光电转换层至第三光电转换层(61、75和89)的旁链。这样，可以实现第一光电转换层至第三光电转换层(61、75和89)之间的带隙不同。
在本发明构思的示例性实施例中，第一光电转换层至第三光电转换层(61、75和89)可包括供体/受体聚合物化合物(或者n型/p型有机半导体)。PPV、PT、PTV、聚(亚苯基)或它们的可溶衍生物中的至少一个可用作供体/受体聚合物化合物的供体聚合物。聚(氰基-聚对苯撑乙烯)(CN-PPV)、富勒烯和它们的衍生物中的至少一个可用作供体/受体聚合物化合物的受体聚合物。
在本发明构思的示例性实施例中，第一光电转换层至第三光电转换层(61、75和89)可包括具有不同光学带隙的量子点(或者超微颗粒)。例如，第一光电转换层至第三光电转换层(61、75和89)可包括涂布有硫化锌(ZnS)的硒化镉(CdSe)量子点。在这种情况下，包含在第一光电转换层至第三光电转换层(61、75和89)中的量子点之间的直径可存在差异。这种差异可允许第一光电转换层至第三光电转换层(61、75和89)具有不同的光学带隙。例如，量子点的直径越大，由其吸收的光的波长越长。另外，量子点的直径越小，由其吸收的光的波长越短。
在图像传感器200中，第一光电转换层至第三光电转换层(61、75和89)中的每一个可吸收特定波长范围的光，因此，不需要额外的滤色器。此外，可将第一光电转换层至第三光电转换层(61、75和89)布置在衬底1以外，因此，光可容易地入射至第一光电转换层至第三光电转换层(61、75和89)。因此，可省略微透镜。
图5是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的电路图。
根据本发明构思的示例性实施例，可在图像传感器的每个单元像素区UP中设置多个光电转换部件PD1、PD2和PD3，如图5所示。光电转换部件PD1、PD2和PD3中的每一个可连接至具有单个转移栅极TG的转移晶体管的一个节点。存储节点SN1、SN2和SN3可介于光电转换部件PD1、PD2和PD3与转移晶体管之间。多个浮置扩散部件FD1、FD2和FD3可连接至转移晶体管的另一节点。浮置扩散部件FD1、FD2和FD3中的每一个可用作复位晶体管中的对应一个复位晶体管的源区，各复位晶体管分别由复位栅极RG1、RG2和RG3控制。另外，浮置扩散部件FD1、FD2和FD3可分别连接至源极跟随器栅极SF1、SF2和SF3。分别由源极跟随器栅极SF1、SF2和SF3控制的源极跟随器晶体管可连接至分别由选择栅极SEL1、SEL2和SEL3控制的选择晶体管。
参照图1至图4，在光阻挡状态下，如果将用于导通复位晶体管的电压施加至复位栅极RG1、RG2和RG3，则电荷可从浮置扩散部件FD1、FD2和FD3释放。然后，在复位晶体管截止并且不同波长的光入射至光电转换部件PD1至PD3的光电转换层(61、75和89)中的情况下，光电转换层(61、75和89)可产生与入射的光的能量成比例的电子-空穴对。如果将电压施加至光电转换部件PD1至PD3的像素电极(59、73和87)以及公共电极(63、77和91)，则电荷(例如，电子或空穴)可转移至像素电极(59、73和87)，并且可通过SN接触插塞(55、69和83)累积在存储节点SN1、SN2和SN3中。如果将用于导通转移晶体管的电压施加至转移栅极TG，则可在埋置栅极部分41附近形成沟道区CH1至CH3。沟道区CH1至CH3可形成在各埋置栅极部分41之间。沟道区CH1至CH3可彼此间隔开并且可排列成一线。例如，第一沟道区CH1可形成在第一存储节点SN1与第一浮置扩散部件FD1之间，第二沟道区CH2可形成在第二存储节点SN2与第二浮置扩散部件FD2之间，并且第三沟道区CH3可形成在第三存储节点SN3与第三浮置扩散部件FD3之间。作为形成沟道区CH1至CH3的结果，电荷可在如图4中的箭头标示的竖直方向上从存储节点SN1、SN2和SN3转移至浮置扩散部件FD1、FD2和FD3。这可导致源极跟随器栅极SF1、SF2和SF3的电势改变，并且还导致由源极跟随器栅极SF1、SF2和SF3控制的晶体管的源区的电势改变。这时，如果选择晶体管导通，则通过入射光产生的电信号可通过选择晶体管输出为Vout1至Vout3。
如上所述，每个单元像素区UP可构造为检测不同波长的光。另外，在单元像素区UP中设置一个转移栅极TG，但是转移栅极TG可构造为同时转移通过不同波长的光产生的信号。因此，可增大图像传感器的操作速度和集成密度。
图6至图12是示出根据本发明构思的示例性实施例的制造具有图2的竖直剖面的图像传感器的处理的剖视图。
参照图1和图6，可制备衬底1。衬底1可包括多个单元像素区UP，并且可具有彼此面对的第一表面1a和第二表面1b。例如，衬底1可为单晶硅晶片。可执行离子注入工艺以在半导体衬底1中形成第一导电类型的阱区5。器件隔离层3可形成在半导体衬底1中以限定单元像素区UP和有源区。器件隔离层3可由例如氧化硅、氮化硅和氧氮化硅中的至少一个形成，或者包括它们中的至少一个。可执行离子注入工艺以将掺杂剂通过第一表面1a注入半导体衬底1中，因此，浮置扩散部件FD1、FD2和FD3可邻近于第一表面1a并且在半导体衬底1中形成。浮置扩散部件FD1、FD2和FD3可沿着一列或者例如沿着一条线彼此间隔开。可蚀刻半导体衬底1以形成靠近浮置扩散部件FD1、FD2和FD3的凹进区14。可执行热氧化工艺以在凹进区14和半导体衬底1的表面上形成栅极绝缘层13。可形成导电层以填充凹进区14。可在导电层上形成封盖图案15，然后，可在导电层上执行利用封盖图案15作为蚀刻掩模的蚀刻工艺，以形成转移栅极TG。可形成间隔件17以覆盖转移栅极TG的侧表面。在本发明构思的示例性实施例中，可按照相反的次序执行转移栅极TG的形成和浮置扩散部件FD1、FD2和FD3的形成。
参照图1和图7，可形成第一层间绝缘层19以覆盖半导体衬底1。可将第一层间绝缘层19图案化以形成接触孔，并且可利用用导电材料填充接触孔形成栅极接触插塞21和FD接触插塞23。在第一层间绝缘层19上，可形成转移栅极线25和FD线27以分别与栅极接触插塞21和FD接触插塞23接触。第二层间绝缘层29和钝化层31可按次序形成在第一层间绝缘层19上。
参照图1和图8，可按照使第二表面1b在向上的方向上取向的方式将半导体衬底1倒置。可在第二表面1b上形成掩模图案6，以限定存储节点SN1、SN2和SN3的位置。可执行利用掩模图案6作为离子注入掩模的离子注入工艺以在半导体衬底1中并且邻近于第二表面1b形成存储节点SN1、SN2和SN3。
参照图9，可去除掩模图案6以暴露出第二表面1b。可在第二表面1b上形成第三层间绝缘层51。可将第三层间绝缘层51图案化以形成暴露出第一存储节点SN1的接触孔。可形成第一绝缘层53以覆盖接触孔的内侧壁，并且可通过利用导电材料填充接触孔来形成第一SN接触插塞55。可在第三层间绝缘层51上形成透明导电层，并且可将其图案化以形成与第一SN接触插塞55接触的第一像素电极59。可通过沉积工艺(例如，溅射或者化学气相沉积(CVD)工艺)形成第一像素电极59，并且其可由氧化锡(SnO2)、氧化钛(TiO2)、氧化铟(InO2)、铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)或者InGaO3(ZnO)5(IGZO)形成第一像素电极59。可在第三层间绝缘层51上形成第一绝缘图案57，以与第一像素电极59的侧表面接触。
参照图10，可在第一像素电极59和第一绝缘图案57上形成第一光电转换层61。在第一光电转换层61包括有机材料的情况下，可利用诸如旋涂的方法用含有有机材料的溶液涂布第一像素电极59和第一绝缘图案57。随后可将所述溶液热干燥以形成第一光电转换层61。可替换地，可通过CVD将有机材料直接沉积在第一像素电极59和第一绝缘图案57上，以形成第一光电转换层61。在第一光电转换层61包括量子点的情况下，可在有机溶剂中散布量子点以制成溶液。可通过利用诸如旋涂的方法用该溶液涂布第一像素电极59和第一绝缘图案57，然后将其干燥以形成第一光电转换层61。可在第一光电转换层61上按次序形成第一公共电极63和第四层间绝缘层65。第一公共电极63可由透明导电材料形成，并且可通过利用溅射法或者CVD方法形成。
参照图11，可将第四层间绝缘层65、第一公共电极63、第一光电转换层61、第一像素电极59和第三层间绝缘层51按次序图案化，以形成暴露出第二存储节点SN2的接触孔。可形成第二绝缘层67以覆盖接触孔的内表面，然后，可通过利用导电材料填充接触孔形成第二SN接触插塞69。可在第四层间绝缘层65上形成透明导电层，并且可将其图案化以形成与第二SN接触插塞69接触的第二像素电极73。可在第四层间绝缘层65上形成第二绝缘图案71以与第二像素电极73的侧表面接触。
参照图12，可在第二像素电极73和第二绝缘图案71上按次序形成第二光电转换层75、第二公共电极77和第五层间绝缘层79。形成第二光电转换层75和第二公共电极77的方法可与用于形成第一光电转换层61和第一公共电极63的方法相同或相似。可将第五层间绝缘层79、第二公共电极77、第二光电转换层75、第二像素电极73、第四层间绝缘层65、第一公共电极63、第一光电转换层61、第一像素电极59和第三层间绝缘层51按次序图案化以形成暴露出第三存储节点SN3的接触孔。可形成第三绝缘层81以覆盖接触孔的内表面，然后，可通过利用导电材料填充接触孔形成第三SN接触插塞83。可在第五层间绝缘层79上形成透明导电层，并且可将其图案化以形成与第三SN接触插塞83接触的第三像素电极87。可在第五层间绝缘层79上形成第三绝缘图案85，以与第三像素电极87的侧表面接触。
返回参照图2，可在第三像素电极87和第三绝缘图案85上按次序形成第三光电转换层89、第三公共电极91和保护层93。
图13是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图。图14是沿着图13的线A-A'截取的剖视图。
参照图13和图14，图像传感器201还可包括介于沟道区CH1、CH2和CH3之间的分离区95。在本发明构思的示例性实施例中，每个分离区95可介于邻近的一对沟道区CH1、CH2和CH3之间。分离区95可与第一表面1a和第二表面1b分离。分离区95可为这样的杂质区，其形成在半导体衬底1中并且被掺杂以具有与阱区5的导电类型相同的导电类型(例如，第一导电类型)。可通过离子注入工艺形成分离区95。分离区95的掺杂浓度可高于阱区5的掺杂浓度。除以上特征以外，图像传感器201可构造为具有与参照图1至图4描述的图像传感器200的特征基本上相同的特征。分离区95可用于将沟道区CH1、CH2和CH3彼此分离，因此，可防止在通过不同波长的光产生的电信号之间发生串扰。
图15是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图。图16是沿着图15的线A-A'截取的剖视图。
参照图15和图16，图像传感器202还可包括介于沟道区CH1、CH2和CH3之间的分离部件96。在本发明构思的示例性实施例中，每个分离部件96可介于邻近的一对沟道区CH1、CH2和CH3之间。分离部件96可由绝缘材料(例如，氧化硅)形成。每个分离部件96可为掺杂的半导体图案，其被掺杂以具有与阱区5的导电类型相同的导电类型，并且具有比阱区5的掺杂浓度更高的掺杂浓度。例如，分离部件96可为多晶硅图案。分离部件96可通过第二表面1b插入半导体衬底1中。分离部件96可与第二表面1b接触。在本发明构思的示例性实施例中，可在形成存储节点SN1、SN2和SN3(例如，图8的步骤)之前或之后形成分离部件96，并且分离部件96的形成可包括蚀刻半导体衬底1的第二表面1b以形成沟槽和用绝缘材料填充沟槽。在本发明构思的示例性实施例中，可使用原位方式形成的掺杂的半导体材料来填充沟槽。除了以上不同之外，可通过与参照图1至图4描述的方法基本上相同或相似的方法制造图像传感器202。分离部件96可用于将沟道区CH1、CH2和CH3彼此分离，因此，可防止在通过不同波长的光产生的电信号之间发生串扰。
图17是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图。图18是沿着图17的线A-A'截取的剖视图。
在图17和图18所示的图像传感器203中，浮置扩散部件FD1至FD3和存储节点SN1、SN2和SN3可不为杂质区，而是可为被掺杂以具有与阱区5的导电类型不同的导电类型(例如，第二导电类型)的半导体图案。半导体图案可由例如多晶硅或者硅锗形成或者可包括多晶硅或者硅锗。浮置扩散部件FD1、FD2和FD3的形成可包括：蚀刻半导体衬底1的邻近于第一表面1a的一部分以形成多个分离的沟槽；以及随后沉积半导体材料以填充沟槽。在这种情况下，可在参照图6描述的处理中执行用于形成浮置扩散部件FD1、FD2和FD3的处理，并且可按照原位方式掺杂用于浮置扩散部件FD1、FD2和FD3的半导体材料。存储节点SN1、SN2和SN3的形成可包括：蚀刻半导体衬底1的邻近于第二表面1b的一部分以形成多个分离的沟槽；以及随后沉积半导体材料以填充沟槽。在这种情况下，可在参照图8描述的处理中执行用于形成存储节点SN1、SN2和SN3的处理，并且可按照原位方式掺杂用于存储节点SN1、SN2和SN3的半导体材料。如上所述，在半导体图案用作浮置扩散部件FD1至FD3和存储节点SN1、SN2和SN3的情况下，可将这些区清楚地彼此分离。除了以上不同以外，可通过与参照图1至图4描述的方法基本上相同或相似的方法制造图像传感器203。
图19是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图。图20是示出图19的图像传感器的一部分的透视图。
在图19和图20所示的图像传感器204中，转移栅极TG可具有在特定方向上拉长的条形结构。例如，转移栅极TG可沿着浮置扩散部件FD1、FD2和FD3排列的方向延伸。转移栅极TG可通过第一表面1a插入半导体衬底1中，并且可面对浮置扩散部件FD1、FD2和FD3的侧表面。如果对转移栅极TG施加电压，则沟道区可形成在转移栅极TG附近，从而允许电荷(例如，在图20中的箭头指示的方向上)从存储节点SN1、SN2和SN3运动至浮置扩散部件FD1、FD2和FD3。由于转移栅极TG的这种结构很简单，因此可增大图像传感器204的集成密度并简化制造图像传感器204的工艺。除以上特征之外，图像传感器204可构造为具有与参照图1至图4描述的图像传感器200的特征基本上相同的特征。
图21是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图。图22是示出图21的图像传感器的一部分的透视图。
在图21和图22所示的图像传感器205中，当在平面图中看时转移栅极TG可具有梳形结构，并且当在剖视图中看时转移栅极TG可通过第一表面1a插入半导体衬底1中。转移栅极TG可面对浮置扩散部件FD1、FD2和FD3中的每一个的三个侧表面。例如，转移栅极TG可包括介于邻近的浮置扩散部件FD1、FD2和FD3之间的至少一部分。由于转移栅极TG的该结构，可更容易地在半导体衬底1中产生沟道区CH1、CH2和CH3。此外，即使不提供图14的分离区95或图16的分离部件96，沟道区CH1、CH2和CH3也可通过转移栅极TG彼此分离。这是因为梳形转移栅极TG的齿布置在浮置扩散部件FD1、FD2和FD3中的每一个的相对两侧。除以上特征以外，图像传感器205可构造为具有与参照图1至图4描述的图像传感器200的特征基本上相同的特征。
图23是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图。图24是示出图23的图像传感器的一部分的透视图。
在图23和图24所示的图像传感器206中，转移栅极TG当在平面图中看时转移栅极TG可具有梯子形或者空心砖形结构，并且当在剖视图中看时转移栅极TG可通过第一表面1a插入半导体衬底1中。例如，转移栅极TG可设为包围浮置扩散部件FD1、FD2和FD3中的每一个。由于转移栅极TG的这种包围栅极结构，可更容易地在半导体衬底1中产生沟道区CH1、CH2和CH3。此外，即使不提供图14的分离区95或者图16的分离部件96，沟道区CH1、CH2和CH3也可通过转移栅极TG彼此分离。除以上特征以外，图像传感器206可构造为具有与参照图1至图4描述的图像传感器200的特征基本上相同的特征。
图25是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图。图26是沿着图25的线A-A'截取的剖视图。
参照图25和图26，图像传感器207可具有光电转换部件PD1和PD2的双层结构。例如，在图像传感器207中包括两个光电转换部件PD1和PD2。在这种情况下，图像传感器207的单元像素区UP中的每一个可包括一对浮置扩散部件FD1和FD2和一对存储节点SN1和SN2。光电转换部件PD1和PD2可构造为检测具有对应于两种不同颜色(例如，从红色、绿色和蓝色中选择)的波长的光。除以上特征以外，图像传感器207可构造为具有与参照图1至图4描述的图像传感器200的特征基本上相同的特征。
图27是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图。图28是沿着图27的线A-A'截取的剖视图。
参照图27和图28，图像传感器208可具有光电转换部件PD1、PD2、PD3和PD4的四层结构。例如，在图像传感器208中包括四个光电转换部件PD1至PD4。在这种情况下，图像传感器208的单元像素区UP中的每一个可包括四个浮置扩散部件FD1，FD2，FD3和FD4和与它们对应的四个存储节点SN1、SN2、SN3和SN4。第六层间绝缘层93a可介于第三光电转换部件PD3与第四光电转换部件PD4之间。第四光电转换部件PD4可包括第四像素电极99、第四光电转换层101和第四公共电极103。第四像素电极99可通过第四绝缘图案97分为分别设置在单元像素区UP上的多个图案。第四绝缘图案97和第六层间绝缘层93a可由绝缘材料(例如，氧化硅)形成。第四光电转换部件PD4可由保护层105覆盖。第四像素电极99可通过第四SN接触插塞98电连接至第四存储节点SN4。第四绝缘层94可设为包围第四SN接触插塞98的侧表面，因此，第四SN接触插塞98可与第一光电转换部件至第三光电转换部件(PD1、PD2和PD3)电分离。除以上特征以外，图像传感器208可构造为具有与参照图1至图4描述的图像传感器200的特征基本上相同的特征。
图29是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图。图30是沿着图29的线A-A'截取的剖视图。图31是沿着图29的线B-B'截取的剖视图。图32是沿着图29的线C-C'截取的剖视图。
在图29至图32所示的图像传感器209中，转移栅极TG可设置在半导体衬底1的第一表面1a上，并且可具有在特定方向上拉长的条形结构。多个浮置扩散部件FD1、FD2和FD3可设置在邻近于第一表面1a的半导体衬底1中，以面对转移栅极TG的侧表面。转移栅极TG可沿着浮置扩散部件FD1至FD3的排列方向延伸。浮置扩散部件FD1、FD2和FD3可彼此间隔开，并且可沿着转移栅极TG的侧表面排列。多个存储节点SN1、SN2和SN3可设置在邻近于第一表面1a的半导体衬底1中，以面对转移栅极TG的相对的侧表面。存储节点SN1、SN2和SN3可彼此间隔开，并且可沿着转移栅极TG的相对的侧表面排列。存储节点SN1、SN2和SN3中的每一个可面对对应的一个浮置扩散部件FD1、FD2和FD3，同时转移栅极TG介于它们之间。栅极绝缘层13可介于转移栅极TG与半导体衬底1之间。如果将电压施加至转移栅极TG，则沟道区可形成在半导体衬底1中，位于转移栅极TG下方并且彼此间隔开，因此，电荷可在水平方向上从存储节点SN1、SN2和SN3转移至浮置扩散部件FD1、FD2和FD3。
接着，第一表面1a可由第一层间绝缘层19覆盖。FD接触插塞23可穿过第一层间绝缘层19，并且可分别与浮置扩散部件FD1、FD2和FD3接触。FD线27可设置在第一层间绝缘层19上，并且可分别与FD接触插塞23接触。第一层间绝缘层19可由第二层间绝缘层29覆盖。第三层间绝缘层51可设置在第二层间绝缘层29上。可从图像传感器209中省略第三层间绝缘层51。光电转换部件PD1、PD2和PD3按次序堆叠的三层结构可设置在第三层间绝缘层51上。为了将第一像素电极59、第二像素电极73和第三像素电极87分别连接至存储节点SN1、SN2和SN3，第一SN接触插塞55、第二SN接触插塞69和第三SN接触插塞83可穿过第二层间绝缘层29和第一层间绝缘层19。
然后，在图像传感器209的每个单元像素区UP上，FD接触插塞23可设置在转移栅极TG的一侧，而第一SN接触插塞55、第二SN接触插塞69和第三SN接触插塞83可设置在转移栅极TG的相对两侧。如上所述，FD接触插塞23可具有与第一SN接触插塞55、第二SN接触插塞69和第三SN接触插塞83的透光率不同的透光率。FD接触插塞23的顶表面可低于第一SN接触插塞55、第二SN接触插塞69和第三SN接触插塞83的顶表面。除以上特征以外，图像传感器209可构造为具有与参照图1至图4描述的图像传感器200的特征基本上相同的特征。
图33是沿着图29的线C-C'截取的剖视图，示出了根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器。
在图33所示的图像传感器209a中，转移栅极TG的一部分可插入衬底1中。这可导致沟道区CH2的长度增大，因此，可防止短沟道效应。除以上特征以外，图像传感器209a可构造为具有与参照图29至图32描述的图像传感器209的特征基本上相同的特征。
图34是根据本发明构思的示例性实施例的图像传感器的平面图。图35是沿着图34的线A-A'截取的剖视图。图36是沿着图34的线B-B'截取的剖视图。图37是沿着图34的线D-D'截取的剖视图。
在图34至图37所示的图像传感器210中，分离部件96可通过第一表面1a插入衬底1中。例如，分离部件96可与第一表面1a直接接触。当在平面图中看时，分离部件96可设为与转移栅极TG交叉。分离部件96可由绝缘材料形成，或者可为半导体图案。当分离部件96由绝缘材料形成时，分离部件96可在形成器件隔离层3的同时形成分离部件96。当分离部件96是半导体图案时，分离部件96可被掺杂以具有与阱区5的导电类型相同的导电类型(例如，第一导电类型)，并且具有高于阱区5的掺杂浓度的掺杂浓度。除以上特征以外，图像传感器210可构造为具有与参照图29至图32描述的图像传感器209的特征基本上相同的特征。
根据本发明构思的示例性实施例，图像传感器可包括多个单元像素区，多个单元像素区中的每一个构造为检测不同波长的光。可使用单个转移栅极转移通过不同波长的光产生的信号，因此，可增大图像传感器的操作速度和集成密度。另外，光电转换部件可置于衬底之外，并且彼此断开电连接(或者电分离)，因此，可防止在相邻像素之间发生串扰现象。此外，根据本发明构思的示例性实施例，图像传感器可不需要滤色器或微透镜，因此，可降低制造工艺的复杂度和成本。
虽然已经参照本发明构思的示例性实施例具体示出和描述了本发明构思，但是本领域普通技术人员之一应该理解，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可在其中作出各种形式和细节上的修改。

Claims (25)

1.一种图像传感器，包括：
包括多个单元像素区的衬底，所述衬底具有彼此面对的第一表面和第二表面，
其中，所述多个单元像素区中的每一个包括：
在所述衬底中彼此间隔开的多个浮置扩散部件；
多个存储节点，所述多个存储节点设置在所述衬底中并且与所述浮置扩散部件间隔开，其中，所述多个存储节点中的每一个面对对应的一个浮置扩散部件；
转移栅极，其邻近于所述浮置扩散部件与所述存储节点之间的区；以及
多个光电转换部件，所述多个光电转换部件按次序堆叠在所述第一表面和所述第二表面之一上，其中，所述多个光电转换部件中的每一个包括公共电极和像素电极，
所述公共电极设置在对应的光电转换部件的顶表面，
所述像素电极设置在对应的光电转换部件的底表面，并且电连接至对应的一个存储节点。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个光电转换部件中的每一个还包括介于所述公共电极和所述像素电极之间的第一光电转换层，并且
所述第一光电转换层包括量子点或者光活性有机材料。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个光电转换部件中的每一个还包括光电转换层，所述光电转换层吸收不同波长的光并且从吸收的光中产生电荷。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述浮置扩散部件和所述存储节点中的每一个是形成在所述衬底中的杂质区或者掺杂的半导体图案。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个单元像素区中的每一个还包括：
多个沟道区，所述多个沟道区分别设置在所述浮置扩散部件与所述存储节点之间；以及
介于所述多个沟道区之间的至少一个分离部件。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，所述至少一个分离部件是绝缘层、杂质区或者被掺杂以具有与所述浮置扩散部件的导电类型不同的导电类型的半导体图案。
7.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，所述至少一个分离部件延伸至邻近的浮置扩散部件之间的间隙和邻近的存储节点之间的间隙中的至少一个间隙中。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述公共电极在所述多个单元像素区中的每一个中位于相同水平，并且实质上覆盖全部的所述第一表面或所述第二表面，并且
所述像素电极在所述多个单元像素区中的每一个中位于相同水平并且彼此分离。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述浮置扩散部件邻近于所述第一表面，
所述存储节点邻近于所述第二表面，并且
所述光电转换部件堆叠在所述第二表面上。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述转移栅极具有面对所述多个浮置扩散部件中的每一个的相对侧部的‘C’形结构。
11.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述转移栅极具有面对所述多个浮置扩散部件中的每一个的三个侧表面的梳形结构。
12.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述转移栅极具有包围所述多个浮置扩散部件中的每一个的四个侧部的梯子形结构。
13.根据权利要求9所述的图像传感器，还包括：
第一层间绝缘层，其覆盖所述多个单元像素区中的第一单元像素区中的所述第一表面；
第二层间绝缘层，其布置在所述第一单元像素区中的最下面的一个光电转换部件与所述第二表面之间；
第三层间绝缘层，其布置在所述第一单元像素区中的邻近的光电转换部件之间；以及
绝缘图案，其布置于在所述第一单元像素区中位于相同水平的像素电极与所述多个单元像素区中的第二单元像素区之间。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，还包括：
多个第一接触插塞，所述多个第一接触插塞设置在所述第一单元像素区中的所述第一层间绝缘层中，并且分别与所述多个浮置扩散部件接触；
第二接触插塞，其穿过所述第二层间绝缘层并且将最下面的一个光电转换部件的像素电极连接至所述第一单元像素区中的第一个存储节点；以及
绝缘层，其布置在所述第二接触插塞的侧表面。
15.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个单元像素区中的第一单元像素区中的所述浮置扩散部件和所述存储节点邻近于所述第一表面，
所述第一单元像素区中的所述转移栅极布置在所述第一表面上，并且
所述第一单元像素区中的所述多个光电转换部件按次序堆叠在所述第一表面上。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述转移栅极部分地布置在所述衬底中。
17.根据权利要求15所述的图像传感器，还包括：
第一层间绝缘层，其布置在所述第一单元像素区中的所述第一表面与最下面的一个光电转换部件之间；
第二层间绝缘层，其布置在所述第一单元像素区中的邻近的光电转换部件之间；以及
绝缘图案，其布置于在所述第一单元像素区中位于相同水平的像素电极与所述多个单元像素区中的第二单元像素区之间。
18.根据权利要求17所述的图像传感器，还包括：
多个第一接触插塞，所述多个第一接触插塞布置在所述第一单元像素区中的所述第一层间绝缘层中，并且分别与所述多个浮置扩散部件接触；
多个第二接触插塞，所述多个第二接触插塞穿过所述第一层间绝缘层并且与所述第一单元像素区中的所述多个存储节点接触；以及
绝缘层，其布置在所述多个第二接触插塞中的每一个的侧表面，
其中，所述多个第二接触插塞将所述第一单元像素区的所述多个光电转换部件的像素电极分别连接至所述第一单元像素区的所述多个存储节点。
19.根据权利要求18所述的图像传感器，其中，所述第二接触插塞的透光率与所述第一接触插塞的透光率不同。
20.根据权利要求19所述的图像传感器，其中，所述第二接触插塞的透光率高于所述第一接触插塞的透光率。
21.一种图像传感器，包括：
包括多个单元像素区的衬底，
其中，所述多个单元像素区中的每一个包括：
多个浮置扩散部件，所述多个浮置扩散部件在所述衬底中排列成一条线并且彼此间隔开；
多个存储节点，所述多个存储节点设置在所述衬底中，并且与所述多个浮置扩散部件间隔开，其中，所述多个存储节点分别面对所述多个浮置扩散部件；
转移栅极，其邻近于所述浮置扩散部件与所述存储节点之间的区；
多个光电转换部件，所述多个光电转换部件按次序堆叠在所述衬底的顶表面或底表面上，
其中，所述多个光电转换部件吸收不同波长的光，并且从吸收的光中产生电荷，并且所述电荷从所述多个光电转换部件转移至与所述多个光电转换部件对应的存储节点。
22.一种图像传感器，包括：
第一层、第二层和第三层，其布置在衬底的第一侧，所述第一层构造为检测具有对应于第一颜色的波长的光，所述第二层构造为检测具有对应于第二颜色的波长的光，所述第三层构造为检测具有对应于第三颜色的波长的光；
连接至所述第一层的第一存储节点；
连接至所述第二层的第二存储节点；
连接至所述第三层的第三存储节点；
第一浮置扩散部件、第二浮置扩散部件和第三浮置扩散部件，其布置在所述衬底的第二侧，所述第一浮置扩散部件面对所述第一存储节点，所述第二浮置扩散部件面对所述第二存储节点，并且所述第三浮置扩散部件面对所述第三存储节点；以及
转移栅极，其布置为邻近于所述第一浮置扩散部件。
23.根据权利要求22所述的图像传感器，其中，所述第一层、所述第二层和所述第三层是量子点层或光电转换部件层。
24.根据权利要求22所述的图像传感器，其中，所述转移栅极包括所述第二侧上的突出栅极部分和从所述突出栅极部分朝着所述第一侧延伸的埋置栅极部分。
25.根据权利要求22所述的图像传感器，其中，所述转移栅极构造为同时处理与所述第一颜色、所述第二颜色和所述第三颜色相关的数据。
CN201711430935.3A 2017-01-03 2017-12-26 图像传感器 Active CN108269813B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2017-0000838 2017-01-03
KR1020170000838A KR102560758B1 (ko) 2017-01-03 2017-01-03 이미지 센서

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108269813A true CN108269813A (zh) 2018-07-10
CN108269813B CN108269813B (zh) 2023-07-21

Family

ID=62708434

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711430935.3A Active CN108269813B (zh) 2017-01-03 2017-12-26 图像传感器

Country Status (3)

Country Link
US (2) US10861887B2 (zh)
KR (1) KR102560758B1 (zh)
CN (1) CN108269813B (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109040631A (zh) * 2018-08-01 2018-12-18 西北核技术研究所 多采样cmos图像传感器像元结构及其超高速图像获取方法
CN109065561A (zh) * 2018-09-13 2018-12-21 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法
CN109244095A (zh) * 2018-09-13 2019-01-18 德淮半导体有限公司 Bsi图像传感器及其形成方法
CN110047861A (zh) * 2019-04-30 2019-07-23 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法和操作方法
CN110061022A (zh) * 2019-04-30 2019-07-26 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法
CN110676276A (zh) * 2019-10-23 2020-01-10 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法和操作方法
CN111477643A (zh) * 2019-01-24 2020-07-31 三星电子株式会社 图像传感器
CN112331684A (zh) * 2020-11-20 2021-02-05 联合微电子中心有限责任公司 图像传感器及其形成方法
WO2022261978A1 (zh) * 2021-06-18 2022-12-22 苏州晶湛半导体有限公司 前照式图像传感器

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016018980A (ja) * 2014-07-11 2016-02-01 ソニー株式会社 固体撮像装置、製造方法、および電子機器
KR102560758B1 (ko) 2017-01-03 2023-07-28 삼성전자주식회사 이미지 센서
US12009379B2 (en) * 2017-05-01 2024-06-11 Visera Technologies Company Limited Image sensor
JP2019186738A (ja) * 2018-04-10 2019-10-24 キヤノン株式会社 撮像装置
TW202005067A (zh) * 2018-05-25 2020-01-16 原相科技股份有限公司 改善背照式全域快門效率的結構
KR102582669B1 (ko) * 2018-10-02 2023-09-25 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR102625276B1 (ko) * 2018-10-10 2024-01-12 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR102611170B1 (ko) * 2018-12-28 2023-12-08 에스케이하이닉스 주식회사 수직 핀형 캐패시터 및 이를 포함하는 이미지 센싱 장치
US10741593B1 (en) * 2019-05-24 2020-08-11 Omnivision Technologies, Inc. Vertical transfer gate storage for a global shutter in an image sensor
US11496703B2 (en) * 2019-07-25 2022-11-08 Trustees Of Dartmouth College High conversion gain and high fill-factor image sensors with pump-gate and vertical charge storage well for global-shutter and high-speed applications
KR102324732B1 (ko) 2019-07-31 2021-11-09 가부시키가이샤 교토 세미컨덕터 수광 소자 유닛
JPWO2021084994A1 (zh) * 2019-10-30 2021-05-06
KR20220005697A (ko) * 2020-07-07 2022-01-14 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
CN112331688B (zh) * 2020-11-04 2022-07-29 中国电子科技集团公司第四十四研究所 一种同时实现大信号处理和高频转移的ccd结构

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060110840A1 (en) * 2004-07-16 2006-05-25 Fuji Photo Film Co., Ltd. Functional device and method for producing the same
US20110108897A1 (en) * 2009-11-06 2011-05-12 Junemo Koo Image sensor
US20160172394A1 (en) * 2014-12-11 2016-06-16 Samsung Electronics Co Ltd Image Sensors Including Non-Aligned Grid Patterns
US20160211306A1 (en) * 2015-01-15 2016-07-21 Hyuk Soon CHOI Image sensors

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004044605A1 (de) 2004-09-13 2006-03-30 Basf Ag Verwendung von Polymeren zur Modifizierung von Oberflächen in Reinigeranwendungen
KR100630704B1 (ko) 2004-10-20 2006-10-02 삼성전자주식회사 비평면 구조의 트랜지스터를 구비한 ｃｍｏｓ 이미지 센서및 그 제조 방법
US7834411B2 (en) 2007-05-15 2010-11-16 Foveon, Inc. CMOS pixel sensor with depleted photocollectors and a depleted common node
US8610129B2 (en) * 2008-01-15 2013-12-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Compound semiconductor image sensor
JP5365144B2 (ja) 2008-11-06 2013-12-11 ソニー株式会社 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
KR101727270B1 (ko) 2009-11-06 2017-04-17 삼성전자주식회사 이미지 센서
JP5509846B2 (ja) * 2009-12-28 2014-06-04 ソニー株式会社 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
US8946845B1 (en) 2011-02-02 2015-02-03 Aptina Imaging Corporation Stacked pixels for high resolution CMOS image sensors with BCMD charge detectors
JP2012199489A (ja) 2011-03-23 2012-10-18 Sony Corp 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及び電子機器
JP6074884B2 (ja) 2011-08-11 2017-02-08 ソニー株式会社 固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、及び、電子機器
KR101867488B1 (ko) 2012-01-10 2018-06-14 삼성전자주식회사 이미지 센서
JP2015111604A (ja) * 2012-04-05 2015-06-18 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及び、電子機器
US10103190B2 (en) * 2016-05-13 2018-10-16 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging sensor having floating region of imaging device on one substrate electrically coupled to another floating region formed on a second substrate
KR102560758B1 (ko) 2017-01-03 2023-07-28 삼성전자주식회사 이미지 센서

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060110840A1 (en) * 2004-07-16 2006-05-25 Fuji Photo Film Co., Ltd. Functional device and method for producing the same
US20110108897A1 (en) * 2009-11-06 2011-05-12 Junemo Koo Image sensor
US20160172394A1 (en) * 2014-12-11 2016-06-16 Samsung Electronics Co Ltd Image Sensors Including Non-Aligned Grid Patterns
US20160211306A1 (en) * 2015-01-15 2016-07-21 Hyuk Soon CHOI Image sensors

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109040631A (zh) * 2018-08-01 2018-12-18 西北核技术研究所 多采样cmos图像传感器像元结构及其超高速图像获取方法
CN109065561A (zh) * 2018-09-13 2018-12-21 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法
CN109244095A (zh) * 2018-09-13 2019-01-18 德淮半导体有限公司 Bsi图像传感器及其形成方法
CN111477643A (zh) * 2019-01-24 2020-07-31 三星电子株式会社 图像传感器
CN111477643B (zh) * 2019-01-24 2024-08-09 三星电子株式会社 图像传感器
CN110047861A (zh) * 2019-04-30 2019-07-23 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法和操作方法
CN110047861B (zh) * 2019-04-30 2021-05-07 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法和操作方法
CN110061022A (zh) * 2019-04-30 2019-07-26 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法
CN110676276A (zh) * 2019-10-23 2020-01-10 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法和操作方法
CN110676276B (zh) * 2019-10-23 2021-07-23 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法和操作方法
CN112331684A (zh) * 2020-11-20 2021-02-05 联合微电子中心有限责任公司 图像传感器及其形成方法
CN112331684B (zh) * 2020-11-20 2024-02-09 联合微电子中心有限责任公司 图像传感器及其形成方法
WO2022261978A1 (zh) * 2021-06-18 2022-12-22 苏州晶湛半导体有限公司 前照式图像传感器

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180080421A (ko) 2018-07-12
US10861887B2 (en) 2020-12-08
US11404457B2 (en) 2022-08-02
US20210066362A1 (en) 2021-03-04
KR102560758B1 (ko) 2023-07-28
CN108269813B (zh) 2023-07-21
US20180190697A1 (en) 2018-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108269813A (zh) 图像传感器
CN107924928B (zh) 固体摄像器件、电子设备和用于形成图像传感器的方法
KR100714484B1 (ko) 이미지 센서 및 그 제조 방법
CN109728013B (zh) 图像传感器
CN100461439C (zh) 影像感测元件及其制造方法
US9929194B2 (en) Image sensor including vertical transfer gate
KR20180081203A (ko) 이미지 센서
CN105308749A (zh) 固态图像拾取元件、其制造方法和电子设备
CN103972254A (zh) 半导体器件和包括该半导体器件的半导体装置
CN102386202A (zh) 固体摄像装置、其制造方法以及电子设备
KR20170125767A (ko) 유기 포토다이오드들을 가지는 이미지 센서들 및 그 형성 방법
KR20200029098A (ko) 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR100809322B1 (ko) 이미지 센서 제조 방법 및 이에 따라 제조된 이미지 센서
US20190189694A1 (en) Image Sensor and Forming Method Thereof
KR102664314B1 (ko) 이미지 센서
CN101211952A (zh) Cmos图像传感器及其制造方法
KR20200087909A (ko) 이미지 센서
CN107634079A (zh) 光电传感器及其制造方法
KR20150118635A (ko) 이미지센서 및 그의 제조 방법
WO2018018026A1 (en) Quantum film pixels with low readout noise
JP2019133963A (ja) 固体撮像素子および固体撮像装置
US20230041006A1 (en) Hybrid image sensors having optical and short-wave infrared pixels integrated therein
KR20070040958A (ko) 이미지 센서 및 그 제조방법
CN103579262B (zh) 一种cmos图像传感器及其制备方法
KR102354801B1 (ko) 모스 캐패시터 및 이를 구비하는 이미지 센서

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant