CN112018167A - 图像传感器以及制造图像传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种图像传感器以及制造图像传感器的方法，所述图像传感器包括：半导体衬底，所述半导体衬底具有第一浮置扩散区；模制图案，所述模制图案位于所述第一浮置扩散区上方，并且包括开口；第一光电转换部，所述第一光电转换部位于所述半导体衬底的表面；以及第一传输晶体管，所述第一传输晶体管将所述第一光电转换部连接到所述第一浮置扩散区。所述第一传输晶体管包括第一传输栅电极和位于所述开口中的沟道图案。所述沟道图案包括氧化物半导体。所述沟道图案还包括侧壁部分和中心部分，所述侧壁部分覆盖所述开口的侧表面，所述中心部分从所述侧壁部分延伸到所述第一传输栅电极上方的区域。

Description

图像传感器以及制造图像传感器的方法
相关申请的交叉引用
要求于2019年5月30日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2019-0063945的优先权，通过引用将该申请的全部内容合并于此。
技术领域
本发明构思涉及图像传感器以及制造图像传感器的方法。
背景技术
图像传感器是被配置为将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像传感器通常可以分为两种类型：电荷耦合器件(CCD)类型和互补金属氧化物半导体(CMOS)类型。通常，CMOS型图像传感器可以被称为“CIS”。CIS包括多个二维布置的像素，每个像素包括将入射光转换成电信号的光电二极管(PD)。
发明内容
本发明构思的实施例提供了一种能够在制造图像传感器时减小晶体管的尺寸并抑制氧化物半导体材料污染的方法。
本发明构思的实施例提供了一种高度集成的图像传感器，其被配置为具有降低的噪声特性和改善的图像质量。
本发明构思的实施例提供了一种图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括第一浮置扩散区；模制图案，所述模制图案位于所述第一浮置扩散区上方，并且包括开口；第一光电转换部，所述第一光电转换部位于所述半导体衬底的表面；以及第一传输晶体管，所述第一传输晶体管将所述第一光电转换部连接到所述第一浮置扩散区。所述第一传输晶体管包括第一传输栅电极和位于所述开口中的沟道图案。所述沟道图案包括氧化物半导体。所述沟道图案包括侧壁部分和中心部分，所述侧壁部分覆盖所述开口的侧表面，所述中心部分从所述侧壁部分延伸到所述第一传输栅电极上方的区域。
本发明构思的实施例还提供了一种图像传感器，包括：模制图案，所述模制图案位于所述半导体衬底上并且包括开口；沟道图案，所述沟道图案位于所述开口中，所述沟道图案包括覆盖所述开口的侧表面的侧壁部分，并且所述沟道图案的顶表面与所述模制图案的顶表面位于同一水平高度；平坦化图案，所述平坦化图案填充所述开口；栅极绝缘层，所述栅极绝缘层位于所述沟道图案上；以及栅电极，所述栅电极与所述沟道图案通过插入在其间的所述栅极绝缘层间隔开。
本发明构思的实施例还提供了一种图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，所述第一浮置扩散区和所述第二浮置扩散区设置在所述半导体衬底的所述第一表面上；第一光电转换部，所述第一光电转换部位于所述第二表面上；第二光电转换部，所述第二光电转换部设置在所述半导体衬底中；模制图案，所述模制图案位于所述第一表面上，并且包括开口；平坦化图案，所述平坦化图案位于所述开口中；以及第一传输晶体管，所述第一传输晶体管将所述第一光电转换部连接到所述第一浮置扩散区。所述第一传输晶体管包括第一传输栅电极和位于所述开口中的沟道图案。所述沟道图案包括氧化物半导体。所述沟道图案包括侧壁部分和中心部分，所述侧壁部分覆盖所述开口的侧表面，所述中心部分从所述侧壁部分延伸到所述第一传输栅电极上的区域。
本发明构思的实施例还提供了一种制造图像传感器的方法，包括：在半导体衬底的表面中形成浮置扩散区；形成覆盖所述浮置扩散区的第一层间绝缘层；在所述第一层间绝缘层中形成接触插塞，并使所述接触插塞连接到所述浮置扩散区；在所述第一层间绝缘层上形成模制层，所述模制层包括开口；沿所述开口的侧表面和底表面形成沟道层，所述沟道层包括氧化物半导体；形成覆盖所述沟道层以及填充所述开口的绝缘层；以及对所述绝缘层执行平坦化工艺，以暴露所述模制层。
本发明构思的实施例提供了一种图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；浮置扩散区，所述浮置扩散区位于所述半导体衬底的所述第一表面上；光电转换部，所述光电转换部位于所述半导体衬底的所述第二表面上；沟道层，所述沟道层位于所述半导体衬底的所述第一表面上方，并且被设置在模制图案的开口内，所述沟道层具有第一端和与所述第一端相对的第二端，所述第一端连接到所述光电转换部，所述第二端连接到所述浮置扩散区；以及传输栅电极，所述传输栅电极与所述沟道层相邻。
附图说明
通过以下结合附图的简要描述，将更加清楚地理解本发明构思的实施例。附图表示本文所描述的非限制性示例实施例。
图1示出了根据本发明构思的实施例的图像传感器的框图。
图2示出了根据本发明构思的实施例的图像传感器的俯视图。
图3示出了沿图2中的线I-I'截取的截面图，示出了根据本发明构思的实施例的图像传感器。
图4A示出了图3的部分“II”的放大截面图。
图4B示出了沟道图案的俯视图。
图5A示出了根据本发明构思的实施例的图像传感器的电路图。
图5B示出了根据本发明构思的实施例的另一图像传感器的电路图。
图5C示出了根据本发明构思的实施例的又一图像传感器的电路图。
图6A、图6B、图6C、图6D、图6E、图6F、图6G和图6H示出了沿图2中的线I-I'截取的顺序示出了制造图像传感器的过程的截面图。
图7示出了沿图2中的线I-I'截取的截面图，示出了根据本发明构思的实施例的图像传感器。
图8A示出了图7中的部分“III”的放大截面图。
图8B示出了图7的图像传感器的电路图。
图9A、图9B和图9C示出了依次示出制造图7的图像传感器的过程的截面图。
图10示出了根据本发明构思的实施例的图7中的部分“III”的放大截面图。
图11示出了图10的图像传感器的电路图。
图12示出了根据本发明构思的实施例的图7中的部分“III”的放大截面图。
图13示出了图12的图像传感器的电路图。
图14示出根据本发明构思的实施例的图像传感器的俯视图。
图15示出了沿图14中的线VIII-VIII'截取的截面图。
图16示出了根据本发明构思的实施例的图像传感器的俯视图。
图17示出了沿图16中的线XI-XI'截取的截面图。
图18示出了根据本发明构思的实施例的图像传感器的截面图。
具体实施方式
现在将参照示出了示例实施例的附图来更全面地描述本发明构思的示例实施例。
应当理解的是，附图旨在示出在某些示例实施例中使用的方法、结构和/或材料的一般特性，并且旨在作为对书面描述的补充。然而，这些附图不是按比例绘制的，并且可能无法精确地反映任何给定实施例的精确的结构或性能特征，并且不应被解释为限定或限制示例实施例所涵盖的值或特性的范围。例如，为了清楚起见，可以减小或放大分子、层、区域和/或结构元件的相对厚度和位置。在各个附图中使用相似或相同的参考标记旨在指示存在相似或相同的元件或特征。
图1示出了根据本发明构思的实施例的图像传感器的框图。
参照图1，图像传感器可以包括第一光电转换部PD1、第二光电转换部PD2和第三光电转换部PD3以及第一滤色器CF1和第二滤色器CF2。第一光电转换部PD1和第二光电转换部PD2可以设置在半导体衬底110中。第三光电转换部PD3可以设置在半导体衬底110的表面上，第一滤色器CF1和第二滤色器CF2可以设置在第三光电转换部PD3与半导体衬底110之间。
第一波长的光L1、第二波长的光L2和第三波长的光L3可以入射到第三光电转换部PD3上。第一波长和第二波长可以不同于第三波长。第一波长可以不同于第二波长。例如，第一波长的光L1可以对应于红色光，第二波长的光L2可以对应于蓝色光，第三波长的光L3可以对应于绿色光。
第三光电转换部PD3可以从第三波长的光L3产生第三光电信号S3。第三光电转换部PD3可以被配置为允许第一波长的光L1和第二波长的光L2穿过该第三光电转换部PD3。第三光电转换部PD3可以由多个第一像素PX1和多个第二像素PX2共享。
穿过第三光电转换部PD3的光L1和L2可以入射到第一滤色器CF1和第二滤色器CF2上。第一像素PX1可以包括第一滤色器CF1和第一光电转换部PD1。第二像素PX2可以包括第二滤色器CF2和第二光电转换部PD2。第一光电转换部PD1可以设置在第一滤色器CF1下方，第二光电转换部PD2可以设置在第二滤色器CF2下方。
第一波长的光L1可以穿过第一滤色器CF1，但是不可以穿过第二滤色器CF2。第二波长的光L2可以穿过第二滤色器CF2，但是不可以穿过第一滤色器CF1。穿过第一滤色器CF1的第一波长的光L1可以入射到第一光电转换部PD1上。第一光电转换部PD1可以从第一波长的光L1产生第一光电信号S1。穿过第二滤色器CF2的第二波长的光L2可以入射到第二光电转换部PD2上。第二光电转换部PD2可以从第二波长的光L2产生第二光电信号S2。
图2示出了根据本发明构思的实施例的图像传感器的俯视图。图3示出了沿图2中的线I-I'截取的截面图，示出了根据本发明构思的实施例的图像传感器。图4A示出了图3中的部分“II”的放大截面图。图4B示出了沟道图案的俯视图。
参照图2、图3、图4A和图4B，半导体衬底110可以包括第一像素PX1和第二像素PX2。半导体衬底110可以是单晶硅晶片或外延硅层。半导体衬底110可以掺杂有第一导电类型的杂质。例如，第一导电类型可以是p型。第一导电类型的杂质可以是例如硼。半导体衬底110可以包括彼此面对的第一表面110a和第二表面110b。第一表面110a可以是其上设置有晶体管的正面。第二表面110b可以是光入射到其上的背面。在一个实施例中，图像传感器可以是通过其背面接收入射光的图像传感器。
深器件隔离部DI可以设置在半导体衬底110中，以将第一像素PX1和第二像素PX2彼此分隔开。深器件隔离部DI可以包括：在第一方向X上延伸的延伸部分DI_E、以及在与第一方向X交叉的第二方向Y上或在与第二方向相反的方向上从延伸部分DI_E突出的突出部分DI_P。深器件隔离部DI可以由例如氧化硅、金属氧化物(例如，氧化铪和氧化铝)或多晶硅中的至少一种形成，或者包括例如氧化硅、金属氧化物(例如，氧化铪和氧化铝)或多晶硅中的至少一种。
当在俯视图中观察时，贯通电极120可以设置在深器件隔离部DI的在第二方向Y上彼此相邻的突出部分DI_P之间。贯通电极120可以在与第一方向X和第二方向Y交叉的第三方向Z上延伸。贯通电极120可以包括掺杂多晶硅或导电材料(例如，钨)。通路绝缘层122可以插入在贯通电极120与半导体衬底110之间。通路绝缘层122可以由例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的至少一种形成，或者包括例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的至少一种，并且可以具有单层或多层结构。
浅器件隔离部3可以设置在半导体衬底110的第一表面110a中，以限定第一像素PX1的有源区和第二像素PX2的有源区。浅器件隔离部3可以由例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的至少一种形成，或者包括例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的至少一种。
贯通电极120的顶表面和通路绝缘层122的顶表面可以位于等于或低于浅器件隔离部3的底表面的水平高度。绝缘间隙填充层5可以设置在贯通电极120和通路绝缘层122上。绝缘间隙填充层5可以由例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的至少一种形成，或者包括例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅中的至少一种。贯通电极120的底表面和通孔绝缘层122的底表面可以与半导体衬底110的第二表面110b基本共面。
在第一像素PXl中，第一光电转换部PD1可以设置在半导体衬底110中。在第二像素PX2中，第二光电转换部PD2可以设置在半导体衬底110中。第一光电转换部PD1和第二光电转换部PD2可以是被掺杂以具有不同于第一导电类型的第二导电类型的杂质区。例如，第二导电类型可以是n型，第二导电类型的杂质可以是磷或砷。第一光电转换部PD1和第二光电转换部PD2以及与其相邻的半导体衬底110可以构成用作光电二极管的pn结。
在第一像素PXl中，第一传输栅电极TG1可以设置在半导体衬底110的第一表面110a上。在第二像素PX2中，第二传输栅电极TG2可以设置在半导体衬底110的第一表面110a上。第一栅极绝缘层7可以插入在第一传输栅电极TG1与半导体衬底110之间，以及第二传输栅电极TG2与半导体衬底110之间。栅极绝缘层7可以包括例如氧化硅层。
在第一像素PXl中，第一浮置扩散区FD1可以与第一传输栅电极TG1相邻地设置在半导体衬底110中。第三浮置扩散区FD3可以设置在半导体衬底110的与第一表面110a相邻的区域中。第三浮置扩散区FD3可以通过浅器件隔离部3与第一浮置扩散区FD1间隔开。在第二像素PX2中，第二浮置扩散区FD2可以与第二传输栅电极TG2相邻地设置在半导体衬底110中。第三浮置扩散区FD3可以设置在半导体衬底110的与第一表面110a相邻的区域中。第三浮置扩散区FD3可以通过浅器件隔离部3与第二浮置扩散区FD2间隔开。第一浮置扩散区FD1、第二浮置扩散区FD2和第三浮置扩散区FD3可以是掺杂有第二导电类型的杂质的杂质区。
半导体衬底110的第一表面110a可以被第一层间绝缘层9覆盖。第一层间绝缘层9可以由例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或多孔氧化物材料中的至少一种形成，或者包括例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或多孔氧化物材料中的至少一种。彼此间隔开的第一凹陷区RS、第二凹陷区RG和第三凹陷区RD可以形成在第一层间绝缘层9的上部。第一接触孔RC1可以形成在第一凹陷区RS下方，第二接触孔RC2可以形成在第三凹陷区RD下方。源电极13s可以设置在第一凹陷区RS中。第三传输栅电极TG3可以设置在第二凹陷区RG中。漏电极13d可以设置在第三凹陷区RD中。第一级第一接触插塞13c1可以设置在第一接触孔RC1中以将源电极13s电连接到贯通电极120。第一级第一接触插塞13c1可以延伸到绝缘间隙填充层5中并且可以连接到贯通电极120。第一级第二接触插塞13c2可以设置在第二接触孔RC2中，以将漏电极13d电连接到第三浮置扩散区FD3。与第一级第二接触插塞13c2间隔开并且电连接到第一浮置扩散区FD1或第二浮置扩散区FD2的第一级第三接触插塞13c3可以设置在第一层间绝缘层9中。第一级接触插塞13c1、13c2和13c3、源电极13s、漏电极13d和第三传输栅电极TG3可以由相同的导电材料(例如，钨)形成，或者可以包括相同的导电材料(例如，钨)。可以设置覆盖第一级接触插塞13c1、13c2和13c3、源电极13s、漏电极13d和第三传输栅电极TG3的侧表面和底表面的第一扩散阻挡层11。第一扩散阻挡层11可以包括例如氮化钛层。第三接触插塞13c3、源电极13s、漏电极13d和第三传输栅电极TG3的顶表面可以与第一层间绝缘层9的顶表面基本共面。
第一蚀刻停止层12可以设置在第三传输栅电极TG3上。第一蚀刻停止层12可以由相对于第一层间绝缘层9具有蚀刻选择性的绝缘层形成。例如，第一蚀刻停止层12可以由氮化硅层形成。
第二栅极绝缘层14可以设置在第三传输栅电极TG3上。第二栅极绝缘层14可以由例如氧化硅或介电常数高于氧化硅的金属氧化物材料(例如，氧化铝)中的至少一种形成，或者包括例如氧化硅或介电常数高于氧化硅的金属氧化物材料(例如，氧化铝)中的至少一种。第一蚀刻停止层12的一部分可以插入在第二栅极绝缘层14与第三传输栅电极TG3之间，并且可以用作附加的栅极绝缘层。
模制图案MP可以设置在第二栅极绝缘层14上。模制图案MP可以设置在第三传输栅电极TG3上。更详细地，模制图案MP可以从第三传输栅电极TG3上的区域延伸到源电极13s和漏电极13d上的区域。在一个实施例中，模制图案MP可以由氮化硅或氮氧化硅中的至少一种形成，或者可以包括氮化硅或氮氧化硅中的至少一种。第二栅极绝缘层14的侧表面可以与模制图案MP的侧表面对准。第一蚀刻停止层12的侧表面可以与模制图案MP的侧表面对准。模制图案MP可以包括开口OP。开口OP可以形成为暴露源电极13s和漏电极13d。
沟道图案CHL可以放置在开口OP中。沟道图案CHL可以被局部地约束在开口OP中。沟道图案CHL可以覆盖源电极13s、漏电极13d和第二栅极绝缘层14。沟道图案CHL可以由氧化物半导体材料形成，或者包括氧化物半导体材料。例如，氧化物半导体材料可以包括铟(In)、镓(Ga)、锌(Zn)或锡(Sn)中的至少一种。在一个实施例中，氧化物半导体材料可以是包含铟(In)、镓(Ga)和锌(Zn)的氧化铟镓锌(IGZO)。在一个实施例中，氧化物半导体材料可以是非晶IGZO。第三传输栅电极TG3、源电极13s、漏电极13d、第二栅极绝缘层14和沟道图案CHL可以构成图5C的第三传输晶体管Tx3。沟道图案CHL可以穿透第二栅极绝缘层14和第一蚀刻停止层12。其余的栅极绝缘层14r可以从沟道图案CHL的侧表面横向延伸。
沟道图案CHL可以包括覆盖开口OP的侧表面的侧壁部分SP以及从侧壁部分延伸到第一层间绝缘层9上的限定开口OP的底表面的区域的中心部分CP。侧壁部分SP可以与模制图案MP接触。作为示例，沟道图案CHL可以是沿着开口OP的侧表面和底表面共形地延伸的结构。当在俯视图中观察时，侧壁部分SP可以是沿着中心部分CP的边缘延伸的环形。在图4B中，侧壁部分SP被示为具有矩形环状，但是本发明构思不限于该示例。例如，当在俯视图中观察时，侧壁部分SP可以设置为具有圆环形。
中心部分CP可以包括连接到侧壁部分SP的第一中心部分CP1以及从第一中心部分CP1沿远离半导体衬底110的方向(即，第三方向Z)突出的第二中心部分CP2。第一中心部分CP1可以与源电极13s的顶表面和漏电极13d的顶表面接触。第二中心部分CP2可以覆盖第二栅极绝缘层14。
可以在沟道图案CHL上设置平坦化图案BP以填充开口OP。平坦化图案BP可以由氧化硅或氧氮化物中的至少一种形成，或者包括氧化硅或氧氮化物中的至少一种。作为下面描述的平坦化工艺的结果，平坦化图案BP的顶表面BT可以是平坦的。平坦化图案BP的顶表面BT可以与沟道图案CHL的顶表面CT共面。作为示例，平坦化图案BP的顶表面BT和沟道图案CHL的顶表面CT可以位于基本相同的高度。平坦化图案BP的顶表面BT可以与模制图案MP的顶表面MT共面。在本说明书中，术语“共面”将用于表示由于平坦化工艺，在由工艺裕度给出的微小差异内，元件具有基本相同的高度。
中间层CL可以设置在沟道图案CHL与平坦化图案BP之间。作为示例，中间层CL可以包括金属氮化物层(例如，TiN)或氮化硅层。中间层CL的顶表面LT可以与平坦化图案BP的顶表面BT和沟道图案CHL的顶表面CT共面。在某些实施例中，可以省略中间层CL，并且沟道图案CHL和平坦化图案BP可以彼此接触。
可以设置覆盖模制图案MP、沟道图案CHL和平坦化图案BP的上绝缘图案81。作为示例，上绝缘图案81可以设置为共形地(即，以基本相同的厚度)覆盖彼此共面的模制图案MP的顶表面MT、沟道图案CHL的顶表面CT和平坦化图案BP的顶表面BT。上绝缘图案81的侧表面可以与模制图案MP的外侧表面对准。上绝缘图案81可以由氮化硅或氮氧化硅中的至少一种形成，或者包括氮化硅或氮氧化硅中的至少一种。
第二层间绝缘层17可以设置在上绝缘图案81上。第二级线21w和第二级接触插塞21c可以设置在第二层间绝缘层17中。第二级线21w和第二级接触插塞21c的侧表面和底表面可以被第二扩散阻挡层19覆盖。第二级线21w和第二级接触插塞21c可以包含与源电极13s、第三传输栅电极TG3和漏电极13d的金属材料不同的金属材料。作为示例，第二级线21w和第二级接触插塞21c可以包含铜。
第三蚀刻停止层23和第三层间绝缘层25可以顺序地形成在第二层间绝缘层17上。第三级线29w和第三级接触插塞29c可以设置在第三层间绝缘层25中。第三级线29w和第三级接触插塞29c的侧表面和底表面可以被第三扩散阻挡层27覆盖。第四蚀刻停止层31和第四层间绝缘层33可以顺序地堆叠在第三层间绝缘层25上。第四级线37和第四扩散阻挡层35可以设置在第四层间绝缘层33中，并且这里，第四扩散阻挡层35可以设置为覆盖第四级线37的侧表面和底表面。第四层间绝缘层33可以被第一钝化层39覆盖。第三蚀刻停止层23和第四蚀刻停止层31可以包括例如氮化硅层。第三层间绝缘层25和第四层间绝缘层33可以包括例如氧化硅层或多孔绝缘层。第三级线29w、第三级接触插塞29c和第四级线37可以包括例如铜。第三扩散阻挡层27和第四扩散阻挡层35可以包括例如金属氮化物层(例如，氮化钛层)。钝化层39可以包括例如氮化硅层或聚酰亚胺层。
保护层50可以设置在半导体衬底110的第二表面110b上。保护层50可以包括绝缘层(例如，氧化硅层)。在一个实施例中，保护层50可以与第二表面110b接触并且可以具有负的固定电荷。这里，保护层50可以由包含选自铪(Hf)、锆(Zr)、铝(Al)、钽(Ta)、钛(Ti)、钇(Y)和镧系元素的组中的至少一种金属元素的金属氧化物或金属氟化物形成。例如，保护层50可以由氧化铪或氧化铝形成，或者包括氧化铪或氧化铝。
在第一像素PXl中，第一滤色器CF1可以设置在保护层50上。在第二像素PX2中，第二滤色器CF2可以设置在保护层50上。第一滤色器CF1和第二滤色器CF2可以包括不同颜色的颜料或染料。第一绝缘图案54可以插入在第一滤色器CF1与第二滤色器CF2之间。在一个实施例中，第一绝缘图案54可以由折射率小于第一滤色器CF1的折射率和第二滤色器CF2的折射率的材料形成，或者包括折射率小于第一滤色器CF1的折射率和第二滤色器CF2的折射率的材料。在这种情况下，可以增加入射到像素PX1和PX2中的光的量，并且可以改善像素PX1和PX2的光敏特性。
像素电极58可以分别设置在第一滤色器CF1和第二滤色器CF2上。第二绝缘图案52可以插入在像素电极58与第一滤色器CF1和第二滤色器CF2中的每一个之间。第二绝缘图案52可以由绝缘材料(例如，氧化硅或氮化硅)中的至少一种形成，或者包括绝缘材料(例如，氧化硅或氮化硅)中的至少一种。像素电极58可以包括氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌(ZnO)和/或有机透明导电材料。像素电极58可以通过穿透第一绝缘图案54的第一通路插塞56电连接到贯通电极120。第三绝缘图案60可以插入在像素电极58之间。
第三光电转换部PD3可以设置在像素电极58上。第三光电转换部PD3可以是例如有机光电转换层。第三光电转换部PD3可以包括p型有机半导体材料和n型有机半导体材料，并且p型有机半导体材料和n型有机半导体材料可以构成pn结。在一个实施例中，第三光电转换部PD3可以由量子点(quantum dots)或硫属元素化物(chalcogenide)材料中的至少一种形成，或者包括量子点或硫属元素化物材料中的至少一种。
公共电极62可以设置在第三光电转换部PD3上。公共电极62可以包括氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌(ZnO)和/或有机透明导电材料。像素电极58可以分别设置在每个像素中，而第三光电转换部PD3和公共电极62可以不分离开，并且可以设置在半导体衬底110的整个第二表面110b上。第二钝化层64可以设置在公共电极62上。微透镜ML可以设置在第二钝化层64上。
图5A、图5B和图5C示出了根据本发明构思的实施例的图像传感器的各个电路图。
参照图1至图3、图4A、图4B和图5A至图5C，可以在第一像素PX1中设置包括第一传输栅电极TG1和第一浮置扩散区FD1的第一传输晶体管Tx1。可以在第一像素PX1中设置包括第一复位栅电极RG1的第一复位晶体管Rx1、包括第一源极跟随器栅电极SF1的第一源极跟随器晶体管SFx1、以及包括第一选择栅电极SEL1的第一选择晶体管SELx1。可以在第二像素PX2中设置包括第二传输栅电极TG2和第二浮置扩散区FD2的第二传输晶体管Tx2。可以在第二像素PX2中设置包括第二复位栅电极RG2的第二复位晶体管Rx2、包括第二源极跟随器栅电极SF2的第二源极跟随器晶体管SFx2以及包括第二选择栅电极SEL2的第二选择晶体管SELx2。第一像素PX1和第二像素PX2均可以包括第三传输晶体管Tx3，该第三传输晶体管Tx3包括第三传输栅电极TG3和第三浮置扩散区FD3。
可以在第一像素PX1或第二像素PX2中设置包括第三复位栅电极RG3的第三复位晶体管Rx3、包括第三源极跟随器栅电极SF3的第三源极跟随器晶体管SFx3以及包括第三选择栅电极SEL3的第三选择晶体管SELx3。第一至第三复位晶体管Rx1、Rx2和Rx3以及第一至第三源极跟随器晶体管SFx1、SFx2和SFx3可以连接到电压VDD。第一像素PX1和第二像素PX2可以共享第一至第三复位晶体管Rx1、Rx2和Rx3。例如，一个复位晶体管可以电连接到第一至第三传输晶体管Tx1、Tx2和Tx3，并且可以用作第一至第三复位晶体管Rx1、Rx2和Rx3。类似地，第一像素PX1和第二像素PX2可以共享第一至第三源极跟随器晶体管SFx1、SFx2和SFx3以及第一至第三选择晶体管SELx1、SELx2和SELx3。
由第一光电转换部PD1获得的颜色信息可以通过第一传输晶体管Tx1、第一复位晶体管Rx1、第一源极跟随器晶体管SFx1和第一选择晶体管SELx1输出为第一信号Vout1。由第二光电转换部PD2获得的颜色信息可以通过第二传输晶体管Tx2、第二复位晶体管Rx2、第二源极跟随器晶体管SFx2和第二选择晶体管SELx2输出为第二信号Vout2。由第三光电转换部PD3获得的颜色信息可以通过第三传输晶体管Tx3、第三复位晶体管Rx3、第三源极跟随器晶体管SFx3和第三选择晶体管SELx3输出为第三信号Vout3。
根据本发明构思的上述实施例，图像传感器可以包括用于传输在第三光电转换部PD3中产生的电荷的第三传输晶体管Tx3。即，图像传感器可以包括具有四个晶体管的4晶体管CDS(相关双采样)电路，该四个晶体管用于传输每种颜色信息。这可以降低复位噪声。另外，第三传输晶体管Tx3使得可以更快地将在第三光电转换部PD3中产生的电荷传输到第三浮置扩散区FD3。因此，可以提供能够实现改善的图像质量的高度集成的图像传感器。
图6A、图6B、图6C、图6D、图6E、图6F、图6G和图6H顺序地示出了制造具有沿图2中的线I-I'截取的垂直截面的图像传感器的过程。
参照图2和图6A，可以制备包括第一像素PX1和第二像素PX2的半导体衬底110。半导体衬底110可以掺杂有第一导电类型(例如，p型导电)的杂质。第一光电转换部PD1和第二光电转换部PD2可以通过执行若干次离子注入工艺以及执行热处理工艺而形成在半导体衬底110中。第一光电转换部PD1和第二光电转换部PD2可以被掺杂为具有与第一导电类型不同的第二导电类型(例如，n型导电)。可以执行浅沟槽隔离(STI)工艺以在半导体衬底110中并且在第一表面110a附近形成浅器件隔离部3。可以通过以下方式在像素PX1和PX2之间形成图2中的深器件隔离部DI：通过对浅器件隔离部3及其下方的半导体衬底110进行图案化来形成深沟槽，顺序地形成绝缘层和多晶硅层以填充深沟槽，然后对绝缘层和多晶硅层执行抛光或回蚀工艺。
可以部分地去除深器件隔离部DI的突出部分DI_P以形成贯穿通孔，然后可以形成通路绝缘层122和导电层以填充贯穿通孔，然后可以执行抛光或回蚀工艺以在贯穿通孔中形成贯通电极120。贯通电极120的上部可以凹陷，并且绝缘间隙填充层5可以形成为填充凹陷部分。在第一像素PX1和第二像素PX2中，第一栅极绝缘层7以及第一传输栅电极TG1和第二传输栅电极TG2可以形成在半导体衬底110的第一表面110a上。第一传输栅电极TG1和第二传输栅电极TG2均可以形成为具有延伸到半导体衬底110中的部分。可以执行离子注入工艺以在半导体衬底110的围绕第一传输栅电极TG1和第二传输栅电极TG2的部分中形成第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2。在一个实施例中，在该步骤期间，可以在半导体衬底110的由浅器件隔离部3界定的区域中形成第三浮置扩散区FD3。可以形成第一层间绝缘层9以覆盖半导体衬底110的第一表面110a。
参照图6B，可以蚀刻第一层间绝缘层9以形成第一凹陷区RS、第二凹陷区RG和第三凹陷区RD以及第一接触孔RC1、第二接触孔RC2和第三接触孔RC3。第一凹陷区RS和第一接触孔RC1可以形成为具有双镶嵌孔结构，第三凹陷区RD和第二接触孔RC2可以形成为具有双镶嵌孔结构。在形成第一接触孔RC1期间，可以蚀刻绝缘间隙填充层5的一部分以暴露出贯通电极120的顶表面的一部分。可以形成第二接触孔RC2以暴露第三浮置扩散区FD3。第三接触孔RC3可以形成为分别暴露第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2。第一扩散阻挡层11和导电层(例如，钨)可以顺序地形成在第一层间绝缘层9和绝缘间隙填充层5上，以填充第一凹陷区RS、第二凹陷区RG和第三凹陷区RD以及第一接触孔RC1、第二接触孔RC2和第三接触孔RC3，然后可以执行抛光或回蚀工艺以形成源电极13s、第三传输栅电极TG3、漏电极13d和第一级接触插塞13c1、13c2和13c3。
参照图6C，第一蚀刻停止层12和第二栅极绝缘层14可以顺序地形成在第一层间绝缘层9上。第一蚀刻停止层12可以由例如氮化硅形成，或者包括例如氮化硅。第二栅极绝缘层14可以由例如氧化铝或氧化硅形成，或者包括例如氧化铝或氧化硅。可以在第二栅极绝缘层14上形成模制层MLL。模制层MLL可以由氮化硅或氧氮化硅中的至少一种形成，或者包括氮化硅或氧氮化硅中的至少一种。可以对模制层MLL进行图案化，以在与源电极13s、第三传输栅电极TG3、漏电极13d交叠的区域上形成开口OP。
参照图6D，可以蚀刻通过开口OP暴露的第二栅极绝缘层14和第一蚀刻停止层12，以暴露源电极13s的顶表面和漏电极13d的顶表面。结果，开口OP可以扩大到暴露源电极13s和漏电极13d。在该蚀刻期间，不去除第二栅极绝缘层14的覆盖第三传输栅电极TG3的部分和第一蚀刻停止层12的覆盖第三传输栅电极TG3的部分。
参照图6E，可以顺序地形成沟道层140、中间层CL和平坦化层BL。如上所述，可以省略中间层CL。沟道层140可以沿着开口OP的侧表面和底表面共形地形成。沟道层140可以由氧化物半导体材料(例如，IGZO)形成，或者包括氧化物半导体材料(例如，IGZO)。沟道层140形成为与源电极13s和漏电极13d接触。中间层CL可以包括金属氮化物层(例如，TiN)或氮化硅层。平坦化层BL可以包括氧化硅层或氧氮化物层中的至少一种。
参照图6F，可以执行平坦化工艺。作为示例，平坦化工艺可以是化学机械抛光工艺。可以执行平坦化工艺以暴露模制层MLL的顶表面。作为平坦化工艺的结果，可以去除模制层MLL上的沟道层140的上部，以在开口OP中形成沟道图案CHL。换句话说，可以通过镶嵌工艺形成沟道图案CHL。与此类似，可以去除平坦化层BL的上部以在开口OP中形成平坦化图案BP。在平坦化工艺之后，可以形成上绝缘层80以覆盖模制层MLL和平坦化图案BP。上绝缘层80可以由氮化硅或氮氧化硅中的至少一种形成，或者包括氮化硅或氮氧化硅中的至少一种。
参照图6G，可以顺序地对上绝缘层80和模制层MLL进行图案化以形成上绝缘图案81和模制图案MP。在一个实施例中，第二栅极绝缘层14和第一蚀刻停止层12也可以在该步骤中被图案化。结果，可以形成其余的栅极绝缘层14r。可以执行图案化工艺直到暴露出第一级第三接触插塞13c3。然而，在一些实施例中，第一蚀刻停止层12的一部分可以保留在第一级第三接触插塞13c3上。在图案化工艺之后，可以形成蚀刻停止层以覆盖第一层间绝缘层9的暴露部分和上绝缘图案81。然而，在一些实施例中，可以省略形成覆盖第一层间绝缘层9的暴露部分和上绝缘图案81的蚀刻停止层。
参照图6H，可以通过常规的后端(back-end-of-line，BEOL)工艺形成第二层间绝缘层17、第三层间绝缘层25和第四层间绝缘层33、第三蚀刻停止层23、第四蚀刻停止层31、第二级线21w、第二级接触插塞21c、第三级线29w、第三级接触插塞29c、第四级线37和第一钝化层39。
返回参照图3，可以在半导体衬底110的第二表面110b上执行研磨工艺，以去除半导体衬底110的一部分并暴露贯通电极120。可以在半导体衬底110的第二表面110b上形成保护层50、滤色器CF1和CF2、第一绝缘图案54、第一通路插塞56、像素电极58、第三绝缘图案60、第三光电转换部PD3、公共电极62、第二钝化层64和微透镜ML。
在根据本发明构思的实施例的制造图像传感器的方法中，可以通过镶嵌工艺形成包含氧化物半导体材料的沟道图案CHL。因此，可以减小图像传感器中的晶体管的尺寸。另外，可以防止例如在氧化物半导体层上执行蚀刻和清洁工艺时可能出现的污染问题。在根据本发明构思的实施例的制造图像传感器的方法中，可以在BEOL工艺之前形成由氧化物半导体材料制成的沟道图案CHL。BEOL工艺中的大多数互连线可以由铜形成，因此，在BEOL工艺中，重要的是防止设备被铜污染。在BEOL工艺中使用诸如IGZO的氧化物半导体材料的情况下，设备可能会被IGZO污染，在某些情况下，会需要更改常规的BEOL工艺中的工艺顺序，因此增加了工艺的复杂性。相比之下，在根据本发明构思的实施例的制造图像传感器的方法中，由于由氧化物半导体材料制成的沟道图案CHL在BEOL工艺之前形成，因此可以避免这些问题并且可以减少或抑制工艺失败。
图7示出了沿着图2中的线I-I'截取的截面图，图2示出了根据本发明构思的实施例的图像传感器。图8A示出了图7中的部分“III”的放大截面图。图8B示出了图7的图像传感器的电路图。为简明起见，先前描述的元件可以由相同的参考标记或字符标识，而不重复对其的重复描述。
参照图7和图8A，根据本实施例的图像传感器可以包括彼此间隔开地设置在第一层间绝缘层9中的第一级源电极13s、第一级第三传输栅电极TG31和第一级漏电极13d。第三栅极绝缘层16可以设置在沟道图案CHL上。第三栅极绝缘层16可以是氧化铝层或氧化硅层。第二级第三传输栅电极TG32可以设置在第三栅极绝缘层16上(上方)。第二级第三传输栅电极TG32可以与第一级第三传输栅电极TG31垂直交叠。第一级第三传输栅电极TG31可以具有第一宽度W1。第二级第三传输栅电极TG32可以具有第二宽度W2。第一宽度W1可以大于第二宽度W2。
第二级源电极21s和第二级漏电极21d可以设置在沟道图案CHL上(上方)，并且可以与第二级第三传输栅电极TG32间隔开。第三栅极绝缘层16可以延伸到包括插入在沟道图案CHL与第二级源电极21s之间的部分以及位于沟道图案CHL与第二级漏电极21d之间的部分。当在俯视图中观察时，第二级源电极21s可以与第一级源电极13s交叠。当在俯视图中观察时，第二级漏电极21d可以与第一级漏电极13d交叠。
第二级源电极21s、第二级漏电极21d和第二级第三传输栅电极TG32可以包括与第一级源电极13s、第一级漏电极13d和第一级第三传输栅电极TG31不同的金属材料。例如，第一级源电极13s、第一级漏电极13d和第一级第三传输栅电极TG31可以包括钨，而第二级源电极21s、第二级漏电极21d和第二级第三传输栅电极TG32可以包括铜。
第二级源电极21s、第二级漏电极21d和第二级第三传输栅电极TG32的侧表面和底表面可以被第二扩散阻挡层19覆盖。第一覆盖图案18s可以插入在第二级源电极21s与第三栅极绝缘层16之间。第二覆盖图案18g可以插入在第二级第三传输栅电极TG32与第三栅极绝缘层16之间。第二覆盖图案18g可以具有第三宽度W3。第三宽度W3可以大于第二宽度W2。第三覆盖图案18d可以插入在第二级漏电极21d与第三栅极绝缘层16之间。第一覆盖图案18s、第二覆盖图案18g和第三覆盖图案18d可以彼此间隔开，并且可以具有基本相同的厚度以及基本相同的材料。在一个实施例中，第一覆盖图案18s、第二覆盖图案18g和第三覆盖图案18d可以由金属氮化物材料(例如，氮化钛)中的至少一种形成，或者包括金属氮化物材料(例如，氮化钛)中的至少一种。
在一个实施例中，第一级第三传输栅电极TG31和第二级第三传输栅电极TG32可以通过附加的通路插塞(未示出)彼此电连接。这里，第一级第三传输栅电极TG31和第二级第三传输栅电极TG32可以表现得像单个传输栅电极(例如，图5C的第三传输栅电极TG3)。
在一个实施例中，仅第二级第三传输栅电极TG32可以表现得像图5C的第三传输栅电极TG3一样，第一级第三传输栅电极TG31可以不施加有电压并且可以处于电浮置状态。在这种情况下，第一级第三传输栅电极TG31可以用作遮光图案，而不是栅电极。由于第一宽度W1大于第二宽度W2，因此可以防止通过第二表面110b入射的光入射到位于第二级第三传输栅电极TG32下方的沟道图案CHL中。因此，可以防止图5C的第三传输晶体管Tx3的阈值电压改变。
在某些实施例中，可以向第一级第三传输栅电极TG31和第二级第三传输栅电极TG32施加各自的电压，并且第一级第三传输栅电极TG31和第二级第三传输栅电极TG32可以用于控制沟道图案CHL中的电荷的运动。在这种情况下，第三传输晶体管Tx3可以与图8B的第三传输晶体管Tx3基本相同。第一级第三传输栅电极TG31或第二级第三传输栅电极TG32可以用作背栅电极。此外，也可以向第二级源电极21s和第二级漏电极21d施加电压。第二级源电极21s和第二级漏电极21d可以设置在第三栅极绝缘层16上，并且可以用作附加的辅助栅电极。在这种情况下，可以通过第一级第三传输栅电极TG31、第二级第三传输栅电极TG32、第二级源电极21s和第二级漏电极21d来控制沟道图案CHL中的电荷的运动。其他元件及其操作可以与参照图2、图3、图4A、图4B、图5A和图5B描述的元件及其操作基本相同或相似，因此为简洁起见省略这些描述。
图9A、图9B和图9C示出了顺序地示出制造图7的图像传感器的过程的截面图。
参照图9A，可以在图6D的所得结构上形成沟道层140，然后第三栅极绝缘层16和覆盖层可以顺序地且共形地堆叠在沟道层140上。覆盖层可以由例如氮化钛形成，或者包括例如氮化钛。第三栅极绝缘层16可以由例如氧化铝或氧化硅形成，或者包括例如氧化铝或氧化硅。可以在覆盖层上执行图案化工艺以形成第一覆盖图案18s、第二覆盖图案18g和第三覆盖图案18d。此后，可以形成平坦化层BL以覆盖包括第一覆盖图案18s、第二覆盖图案18g和第三覆盖图案18d的结构。
参照图9B，可以执行参照图6F和图6G描述的过程。结果，可以形成沟道图案CHL、上绝缘图案81、平坦化图案BP和模制图案MP。平坦化图案BP被示出为填充第一覆盖图案18s、第二覆盖图案18g与第三覆盖图案18d之间的区域，但是在一个实施例中，平坦化图案BP可以延伸到第二覆盖图案18g与上绝缘图案81之间的区域中。
参照图9C，第二层间绝缘层17可以堆叠在半导体衬底110上并且可以被蚀刻以形成分别暴露第一覆盖图案18s、第二覆盖图案18g与第三覆盖图案18d的沟槽。在该蚀刻工艺中，第一覆盖图案18s、第二覆盖图案18g与第三覆盖图案18d可以用作蚀刻停止层，因此，第三栅极绝缘层16可以被第一覆盖图案18s、第二覆盖图案18g与第三覆盖图案18d保护。之后，可以在第二层间绝缘层17上共形地形成第二扩散阻挡层19，可以堆叠导电层以填充沟槽区17s、17g和17d以及第二级接触孔17c，然后，可以执行抛光工艺以形成第二级源电极21s、第二级第三传输栅电极TG32、第二级漏电极21d和第二级接触插塞21c。接下来，可以以与参照图6H和图3描述的相同或相似的方式执行后续工艺。
图10示出了根据本发明构思的实施例的图7中的部分“III”的放大截面图。图11示出了图10的图像传感器的电路图。
参照图10和图11，在根据本实施例的图像传感器中，第三栅极绝缘层16不插入在沟道图案CHL与第二级源电极21s之间，并且不插入在沟道图案CHL与第二级漏电极21d之间。在第二级源电极21s下方和在第二级漏电极21d下方，第二扩散阻挡层19可以穿透第一覆盖图案18s和第三覆盖图案18d以及第三栅极绝缘层16，并且可以与沟道图案CHL直接接触。换句话说，第二级源电极21s和第二级漏电极21d可以电连接至沟道图案CHL。在这种情况下，与图7、图8A和图8B的先前实施例相比，第二级源电极21s和第二级漏电极21d不用作辅助栅电极。因此，图10的实施例中的沟道图案CHL中的电荷的运动可以通过第一级第三传输栅电极TG31和第二级第三传输栅电极TG32来控制。其他元件及其操作可以与参照图2、图3、图4A、图4B、图5A和图5B描述的元件及其操作基本相同或相似，为简洁起见省略这些描述。
图12示出了根据本发明构思的实施例的图7的部分“III”的放大截面图。图13示出了图12的图像传感器的电路图。
参照图12和图13，在根据本发明构思的该实施例的图像传感器中，第三传输栅电极TG3'、源电极37s和漏电极37d设置在第二层间绝缘层17中。与图4、图8A和图10的先前实施例相比，第三传输栅电极TG3'设置在第二层间绝缘层17中。在某些实施例中，第三传输栅电极TG3'、源电极37s和漏电极37d可以设置在第三层间绝缘层25或第四层间绝缘层33中。在本实施例中，第一级接触插塞13c1、13c2和13c3可以由例如钨形成，或者包括例如钨。第三传输栅电极TG3'、漏电极37d和源电极37s都可以由铜形成，或者包括铜。
源电极37s和漏电极37d可以用作辅助栅电极。例如，第三传输晶体管Tx3的沟道图案CHL中的电荷的运动可以通过源电极37s、第三传输栅电极TG3'和漏电极37d来控制。其他元件及其操作可以与参照图2、图3、图4A、图4B、图5A和图5B描述的元件及其操作基本相同或相似，为简洁起见省略这些描述。
图14示出了根据本发明构思的实施例的图像传感器的俯视图。图15示出了沿图14中的线VIII-VIII'截取的截面图。
参照图14和图15，在根据本实施例的图像传感器中，每个像素PX1或PX2可以被配置为同时获得关于三种不同颜色的信息。在每个像素PX1或PX2中，第一光电转换部PD1可以设置在半导体衬底110中。第一光电转换部PD1可以是例如掺杂有n型杂质的杂质区。彼此间隔开的第一贯通电极120a和第二贯通电极120b可以设置在半导体衬底110中。第一通路绝缘层122a可以插入在第一贯通电极120a与半导体衬底110之间。第二通路绝缘层122b可以插入在第二贯通电极120b与半导体衬底110之间。
保护层50、第一滤色器CF1、第二绝缘图案52、第一像素电极58、第二光电转换部PD2、第一公共电极62、第三绝缘图案63、第二像素电极84、第三光电转换部PD3、第二公共电极86、第二钝化层64和微透镜ML可以顺序地堆叠在半导体衬底110的第二表面110b上。第一绝缘图案54可以设置在第一滤色器CF1之间。第一贯通电极120a可以通过形成为穿透第一绝缘图案54和保护层50的第一通路插塞56电连接到第一像素电极58。第二贯通电极120b可以通过第二通路插塞89电连接到第二像素电极84。第二通路插塞89的侧表面可以被第三通路绝缘层82覆盖。
第一像素电极58和第二像素电极84以及第一公共电极62和第二公共电极86都可以包括氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌(ZnO)和/或有机透明导电材料。即使当各种波长的光入射到第二光电转换部PD2和第三光电转换部PD3时，第二光电转换部PD2和第三光电转换部PD3也可以仅感测特定波长的光并产生电荷。在一个实施例中，第二光电转换部PD2和第三光电转换部PD3可以是有机光电转换层，并且可以分别包含p型有机半导体材料和n型有机半导体材料，或者可以包含量子点或硫属元素化物材料。
在每个像素PX1或PX2中，与第一浮置扩散区FD1间隔开的第二浮置扩散区FD2和第三浮置扩散区FD3可以设置在半导体衬底110的第一表面110a中。彼此间隔开的第一源电极13s1、第二传输栅电极TG2和第一漏电极13d1可以设置在第一层间绝缘层9中。另外，彼此间隔开的第二源电极13s2、第三传输栅电极TG3和第二漏电极13d2可以设置在第一层间绝缘层9中。第二栅极绝缘层14a和第一沟道图案CHL1可以顺序地堆叠在第二传输栅电极TG2上。第一沟道图案CHL1横向延伸到与第一源电极13s1和第一漏电极13d1接触。第三栅极绝缘层14b和第二沟道图案CHL2可以顺序地设置在第三传输栅电极TG3上。第二沟道图案CHL2横向延伸到与第二源电极13s2和第二漏电极13d2接触。
第一光电转换部PD1可以被配置为从(响应于)穿过第一滤色器CF1的第一波长的光产生电荷。这样的电荷可以通过第一传输栅电极TG1传输到第一浮置扩散区FD1。
第二光电转换部PD2可以被配置为从(响应于)第二波长的光产生电荷。当向第二传输栅电极TG2施加电压时，这样的电荷可以通过第一像素电极58、第一通路插塞56、第一贯通电极120a、第一级第一接触插塞13c1和第一源电极13s1传输到第一沟道图案CHL1，并且可以通过第一漏电极13d1和第一级第二接触插塞13c2传输到第二浮置扩散区FD2。
第三光电转换部PD3可以被配置为从(响应于)第三波长的光产生电荷。当向第三传输栅电极TG3施加电压时，这样的电荷可以通过第二像素电极84、第二通路插塞89、第二贯通电极120b、第一级第三接触插塞13c3和第二源电极13s2传输到第二沟道图案CHL2，并且可以通过第二漏电极13d2和第一级第四接触插塞13c4传输到第三浮置扩散区FD3。其他元件及其操作可以与参照图2、图3、图4A、图4B、图5A和图5B描述的元件及其操作基本相同或相似，为简洁起见省略这些描述。
图16示出了根据本发明构思的实施例的图像传感器的俯视图。图17示出了沿图16中的线XI-XI'截取的截面图。
参照图16和图17，在根据本实施例的图像传感器中，每个像素PX1或PX2可以被配置为同时获得关于三种不同颜色的信息。在每个像素PX1或PX2中，第一光电转换部PD1和第二光电转换部PD2可以设置在半导体衬底110中的不同深度处，并且可以彼此垂直间隔开。第一光电转换部PD1和第二光电转换部PD2可以是例如掺杂有n型杂质的杂质区。深器件隔离部DI可以设置在半导体衬底110中，以将第一像素PX1和第二像素PX2彼此分隔开。深器件隔离部DI可以包括多晶硅图案90和绝缘图案92。在每个像素PX1或PX2中，可以将彼此间隔开的第一传输栅电极TG1和第二传输栅电极TG2设置在半导体衬底110的第一表面110a上。第一传输栅电极TG1的一部分可以延伸到半导体衬底110中，并且可以位于与第一光电转换部PD1相邻的位置。第二传输栅电极TG2的一部分可以延伸到半导体衬底110中，并且可以位于与第二光电转换部PD2相邻的位置。第二光电转换部PD2可以比第一光电转换部PD1深，并且第二传输栅电极TG2的底表面可以比第一传输栅电极TG1的底表面深。第一浮置扩散区FD1可以设置在半导体衬底110的与第一传输栅电极TG1相邻的区域中。第二浮置扩散区FD2可以设置在半导体衬底110的与第二传输栅电极TG2相邻的区域中。与第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2间隔开的第三浮置扩散区FD3可以设置在半导体衬底110的第一表面110a中。
在每个像素PXl或PX2中，不在半导体衬底110的第二表面110b上设置滤色器。保护层50、像素电极58、第三光电转换部PD3、公共电极62、第二钝化层64和微透镜ML可以顺序地设置在半导体衬底110的第二表面110b上。
第一光电转换部PD1可以被配置为从(响应于)第一波长的光产生电荷。这样的电荷可以通过第一传输栅电极TG1传输到第一浮置扩散区FD1。第二光电转换部PD2可以被配置为从(响应于)第二波长的光产生电荷。这样的电荷可以通过第二传输栅电极TG2传输到第二浮置扩散区FD2。由于它们之间的波长不同，因此第一波长的光和第二波长的光进入半导体衬底110的穿透深度可以不同。因此，即使没有滤色器，第一光电转换部PD1和第二光电转换部PD2也可以感测到不同波长的光。第三光电转换部PD3可以被配置为从(响应于)第三波长的光产生电荷。这样的电荷可以通过第三传输栅电极TG3传输到第三浮置扩散区FD3。其他元件及其操作可以与参照图2、图3、图4A、图4B、图5A和图5B描述的元件及其操作基本相同或相似，为简洁起见省略这些描述。
图18示出了根据本发明构思的实施例的图像传感器的截面图。根据本实施例的图像传感器可以是前侧光接收图像传感器，在前侧光接收图像传感器中，互连层设置在半导体衬底110与微透镜ML之间。换句话说，第二级线21w和第三级线29w可以顺序地设置在包括第一光电转换部和第二光电转换部的半导体衬底110的第一表面110a上，并且微透镜ML可以设置在第三级线29w上方。
可以在微透镜ML与第三级线29w之间设置包括第三传输栅电极TG3的第三传输晶体管Tx3。作为示例，可以在第四层间绝缘层33中设置模制图案MP。模制图案MP可以包括开口OP并且可以覆盖源电极13s和漏电极13d。开口OP可以部分地暴露源电极13s和漏电极13d。可以顺序地设置沟道图案CHL和第二栅极绝缘层14以覆盖通过开口OP暴露的源电极13s和漏电极13d。沟道图案CHL可以由氧化物半导体材料形成，或者包括氧化物半导体材料。第三传输栅电极TG3可以设置在第二栅极绝缘层14上。开口OP的其余部分可以被平坦化图案BP填充。可以设置上绝缘图案81以覆盖平坦化图案BP和模制图案MP。
第三传输栅电极TG3可以包括下部LP和上部UP。第三传输栅电极TG3的下部LP可以设置为穿透上绝缘图案81和平坦化图案BP。第三传输栅电极TG3的上部UP可以是从上绝缘图案81的顶表面突出的部分。下部LP的侧表面和上部UP的侧表面可以以彼此不同的角度倾斜。作为示例，下部LP的宽度可以在向下的方向上减小，而上部UP的宽度可以在向上的方向上减小。下部LP可以具有由形成在平坦化图案BP中的凹陷区的侧表面确定的倾斜角度，而上部UP可以具有由通过蚀刻工艺形成的侧表面确定的倾斜角度。
第三光电转换部PD3可以设置在第三传输栅电极TG3与微透镜ML之间。第三光电转换部PD3可以是例如有机光电转换层。每个像素电极58可以设置在第三光电转换部PD3下方，公共电极62可以设置在第三光电转换部PD3上。像素电极58可以通过第一通路插塞56连接到源电极13s。如图所示，在该实施例中不设置滤色器，但是在其他实施例中，滤色器可以设置在第三光电转换部PD3与微透镜ML之间，或者设置在第三光电转换部PD3与第四层间绝缘层33之间。
在根据本发明构思的实施例的制造图像传感器的方法中，可以通过镶嵌工艺形成包括氧化物半导体材料的沟道图案。因此，可以减小晶体管的尺寸并抑制氧化物半导体材料的污染。
根据本发明构思的实施例，图像传感器可以包括形成在层间绝缘层上并且用于传输在有机光电转换部中产生的电荷的单独的传输晶体管。因此，可以降低复位噪声并提高电荷传输速度。另外，可以提供能够实现改善的图像质量的高度集成的图像传感器。
在根据本发明构思的实施例的制造图像传感器的方法中，在后端(BEOL)工艺之前，可以使用氧化物半导体材料形成沟道图案，因此，可以减少或防止在BEOL工艺期间由氧化物半导体材料引起的污染问题以及随之而来的工艺失败。
尽管已经具体示出和描述了本发明构思的示例实施例，但是本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明构思的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行变化。

Claims (25)

1.一种图像传感器，包括：
半导体衬底，所述半导体衬底包括第一浮置扩散区；
模制图案，所述模制图案位于所述第一浮置扩散区上方，并且包括开口；
第一光电转换部，所述第一光电转换部位于所述半导体衬底的表面；以及
第一传输晶体管，所述第一传输晶体管将所述第一光电转换部连接到所述第一浮置扩散区，
其中，所述第一传输晶体管包括第一传输栅电极和位于所述开口中的沟道图案，所述沟道图案包括氧化物半导体，并且
所述沟道图案包括侧壁部分和中心部分，所述侧壁部分覆盖所述开口的侧表面，所述中心部分从所述侧壁部分延伸到所述第一传输栅电极上方的区域。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述模制图案的顶表面与所述侧壁部分的顶表面共面。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述侧壁部分具有沿所述中心部分的边缘延伸的环形。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括平坦化图案，所述平坦化图案位于所述开口中并且覆盖所述中心部分。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述平坦化图案的顶表面、所述模制图案的顶表面与所述侧壁部分的顶表面共面。
6.根据权利要求4所述的图像传感器，所述图像传感器还包括上绝缘图案，所述上绝缘图案覆盖所述平坦化图案、所述模制图案和所述侧壁部分，
其中，所述上绝缘图案的侧表面与所述模制图案的外侧表面对准。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括第一栅极绝缘层，所述第一栅极绝缘层位于所述开口中并且位于所述中心部分下方，
其中，所述第一传输栅电极设置在所述第一栅极绝缘层下方。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
第二栅极绝缘层，所述第二栅极绝缘层沿所述沟道图案的顶表面延伸；以及
第二传输栅电极，所述第二传输栅电极位于所述第二栅极绝缘层上。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一光电转换部包括有机半导体材料。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述沟道图案与所述第一光电转换部通过插入在二者之间的所述半导体衬底彼此间隔开。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，所述图像传感器还包括贯通电极，所述贯通电极设置在所述半导体衬底中，并将所述第一光电转换部连接到所述第一传输晶体管。
12.根据权利要求11所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
第一接触插塞，所述第一接触插塞将所述贯通电极连接到所述沟道图案的第一端；以及
第二接触插塞，所述第二接触插塞将所述第一浮置扩散区连接到所述沟道图案的与所述第一端相对的第二端。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
第一导电图案，所述第一导电图案与所述第一接触插塞通过插入在二者之间的所述沟道图案彼此间隔开；以及
第二导电图案，所述第二导电图案与所述第二接触插塞通过插入在二者之间的所述沟道图案彼此间隔开。
14.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
第二光电转换部，所述第二光电转换部设置在所述半导体衬底中；
第二浮置扩散区，所述第二浮置扩散区设置在所述半导体衬底的上部；以及
第二传输晶体管，所述第二传输晶体管将所述第二光电转换部连接到所述第二浮置扩散区。
15.一种图像传感器，包括：
模制图案，所述模制图案位于所述半导体衬底上并且包括开口；
沟道图案，所述沟道图案位于所述开口中，所述沟道图案包括覆盖所述开口的侧表面的侧壁部分，并且所述沟道图案的所述侧壁部分的顶表面与所述模制图案的顶表面位于同一水平高度；
平坦化图案，所述平坦化图案填充所述开口；
栅极绝缘层，所述栅极绝缘层位于所述沟道图案上；以及
栅电极，所述栅电极与所述沟道图案通过插入在二者之间的所述栅极绝缘层间隔开。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述沟道图案和所述平坦化图案局部地设置在所述模制图案的所述开口中。
17.根据权利要求15所述的图像传感器，所述图像传感器还包括层间绝缘层，所述层间绝缘层限定所述开口的底表面，
其中，所述沟道图案包括：
所述侧壁部分；以及
中心部分，所述中心部分从所述侧壁部分延伸到所述开口的所述底表面的区域。
18.根据权利要求17所述的图像传感器，其中，所述沟道图案具有沿着所述开口的所述侧表面和所述开口的所述底面延伸的共形形状。
19.根据权利要求17所述的图像传感器，其中，所述侧壁部分具有沿所述中心部分的边缘延伸的环形。
20.根据权利要求17所述的图像传感器，其中，所述中心部分包括第一中心部分和第二中心部分，所述第一中心部分连接到所述侧壁部分，所述第二中心部分从所述第一中心部分在远离所述半导体衬底的方向上突出。
21.根据权利要求20所述的图像传感器，其中，所述第二中心部分的顶表面低于所述侧壁部分的顶表面。
22.根据权利要求20所述的图像传感器，其中，所述栅极绝缘层位于所述开口中，并且所述第二中心部分覆盖所述栅极绝缘层。
23.一种图像传感器，包括：
半导体衬底，所述半导体衬底包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，所述第一浮置扩散区和所述第二浮置扩散区设置在所述半导体衬底的所述第一表面上；
第一光电转换部，所述第一光电转换部位于所述第二表面上；
第二光电转换部，所述第二光电转换部设置在所述半导体衬底中；
模制图案，所述模制图案位于所述第一表面上，并且包括开口；
平坦化图案，所述平坦化图案位于所述开口中；以及
第一传输晶体管，所述第一传输晶体管将所述第一光电转换部连接到所述第一浮置扩散区，
其中，所述第一传输晶体管包括沟道图案和第一传输栅电极，所述沟道图案包括氧化物半导体，并且
所述沟道图案包括侧壁部分和中心部分，所述侧壁部分覆盖所述开口的侧表面，所述中心部分从所述侧壁部分延伸到所述第一传输栅电极上的区域。
24.根据权利要求23所述的图像传感器，其中，所述平坦化图案的顶表面、所述模制图案的顶表面和所述侧壁部分的顶表面共面。
25.根据权利要求23所述的图像传感器，所述图像传感器还包括上绝缘图案，所述上绝缘图案覆盖所述平坦化图案、所述模制图案和所述侧壁部分，
其中，所述上绝缘图案的侧表面与所述模制图案的外侧表面对准。
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