CN115037891A - 图像感测装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种图像感测装置。一种图像感测装置可以包括光电转换元件、浮置扩散区和传输栅极。光电转换元件可以形成在基板的下部区域处。浮置扩散区可以形成在基板的上部区域处。传输栅极可以与浮置扩散区相邻地形成在基板的上部区域处。传输栅极可以包括具有三角形截面形状的凹陷电极。

Description

图像感测装置
技术领域
所公开技术的实施方式涉及一种图像感测装置。
背景技术
图像感测装置用于电子装置中，以将光学图像转换成电信号。计算机和通信行业的最新发展导致在诸如智能电话、数码相机、摄像机、个人通信系统(PSC)、游戏机、安全摄像头、医用微型摄像头、机器人和红外感测装置的各种装置中对更高性能图像感测装置的需求增加。
就如何处理图像感测信号而言，CMOS图像感测装置优于其它类型的图像传感器。此外，使用CMOS制造技术来制造CMOS图像感测装置，因此CMOS图像传感器和其它信号处理电路能够集成到单个芯片中，使得能够以更低成本生产小型化CMOS图像感测装置和低功耗图像传感器。
发明内容
所公开技术能够在一些示例性实施方式中被实现为提供一种能够提高光电转换元件和浮置扩散区之间的电荷传输效率的图像感测装置。
在本公开的示例性实施方式中，一种图像感测装置可以包括光电转换元件、浮置扩散区和传输栅极。光电转换元件可以形成在基板的下部区域处。浮置扩散区可以形成在基板的上部区域处。传输栅极可以与浮置扩散区相邻地形成在基板的上部区域处。传输栅极可以包括具有三角形截面形状的凹陷电极。
在本公开的示例性实施方式中，一种图像感测装置可以包括光电转换元件、浮置扩散区和传输栅极。光电转换元件可以形成在基板的下部区域处。浮置扩散区可以形成在基板的上部区域处。传输栅极可以包括凹陷电极和板状电极。凹陷电极可以形成在基板的上部区域处。凹陷电极可以具有第一截面形状。板状电极可以形成在基板上，以与凹陷电极电连接。板状电极可以具有不同于第一截面形状的第二截面形状。
在本公开的示例性实施方式中，一种图像感测装置可以包括光电转换元件、浮置扩散区和传输栅极。光电转换元件可以形成在基板的下部区域处。浮置扩散区可以形成在基板的上部区域处。传输栅极可以包括第一凹陷电极、第二凹陷电极和板状电极。第一凹陷电极可以形成在基板的上部区域处。第一凹陷电极可以具有第一截面形状。第二凹陷电极可以形成在基板的上部区域处。第二凹陷电极可以与第一凹陷电极间隔开。第二凹陷电极可以具有第二截面形状。板状电极可以形成在基板上，以与第一凹陷电极和第二凹陷电极电连接。板状电极可以具有不同于第一截面形状和第二截面形状的第三截面形状。
基于所公开技术的一些实施方式，与浮置扩散区相邻的传输栅极可以包括具有三角形形状或多边形形状的凹陷电极以及截面形状不同于凹陷电极的形状的板状电极，从而可以提高光电转换元件和浮置扩散区之间的电荷传输效率。因此，可以不产生图像滞后。
附图说明
图1示出基于所公开技术的一些实施方式的图像感测装置的示例。
图2示出基于所公开技术的一些实施方式的图像感测装置的像素阵列的示例。
图3示出基于所公开技术的一些实施方式的像素组的示例。
图4示出基于所公开技术的一些实施方式的图像感测装置的单位像素的示例。
图5A是沿图4中的线A-A’截取的截面图。图5B是沿图4中的线B-B’截取的截面图。图5C是沿图4中的线C-C’截取的截面图。图5D是沿图4中的线D-D’截取的截面图。
图6A和图6B是示出图4中的单位像素PX的平面图。
图7是示出基于所公开技术的一些实施方式的图像感测装置的单位像素的平面图。
图8A是沿图7中的线A-A’截取的截面图。图8B是沿图7中的线B-B’截取的截面图。图8C是沿图7中的线C-C’截取的截面图。图8D是沿图8中的线D-D’截取的截面图。
图9A和图9B是示出图7中的单位像素PX的平面图。
具体实施方式
参照附图，通过图像感测装置的示例来描述本专利文件中公开的技术的特征。虽然将要讨论所公开技术的几个实施方式，但是所公开技术能够以除了本文描述的示例的细节之外的各种方式来实现。
所公开技术能够在一些实施方式中实现为提供一种图像感测装置，该图像感测装置包括传输晶体管，该传输晶体管被配置成提高光电转换元件和浮置扩散(FD)区之间的电荷传输效率，防止图像滞后(image lag)。
在下面讨论的示例性实施方式中，第一方向D1、第二方向D2和第三方向D3可以包括彼此垂直的三个方向。例如，在XYZ坐标中，第一方向D1可以是X方向，第二方向D2可以是Y方向，并且第三方向D3可以是Z方向。
图1示出基于所公开技术的一些实施方式的图像感测装置的示例。
参照图1，基于一些实现方式的图像感测装置100可以包括像素阵列110、相关双采样器(CDS)120、模数转换器(ADC)130、缓冲器140、行驱动器150、定时发生器160、控制寄存器170和斜坡信号发生器180。像素阵列110可以包括布置成矩阵阵列的多个图像感测像素。图1所示的图像感测装置100的元件用于例示而非限制。在其它实施方式中，上述元件可以与附加元件组合，或者可以省略上述元件中的一些。
图像感测装置100可以具有透镜(未示出)。透镜可以包括与图像感测装置100结合使用以使与物体的图像相对应的光会聚的光学透镜或透镜组件，并且图像处理器200可以控制透镜。图像处理器200可以将与由图像感测装置100捕获的图像相对应的电信号发送到诸如显示装置的电子装置。
图像处理器200可以包括相机控制器220、图像信号处理器210和接口装置(例如，PC I/F，未示出)。相机控制器220可以被配置成控制控制寄存器170。在一些实现方式中，相机控制器220可以使用诸如内部集成电路(inter-integrated circuit，I2C)的通信总线或接口来控制图像感测装置100的控制寄存器170。图像信号处理器210可以从缓冲器140接收作为输出信号的图像信息。图像信号处理器210可以处理图像信息，以提高用于在显示装置上观看的与图像信息相对应的图像的质量。
像素阵列110可以包括布置成矩阵阵列的多个像素组10。像素组10中的每一个可以包括彼此相邻的多个单位像素。例如，基于所公开技术的一个实施方式的像素组10中的每一个可以包括例如布置成(2×2)矩阵阵列的四个单位像素。在另一实施方式中，像素组10中的每一个可以具有(1×2)矩阵阵列、(2×3)矩阵阵列、(3×3)矩阵阵列或(4×4)矩阵阵列。单位像素中的每一个可以将光学图像转换成电子图像信号。单位像素中的每一个可以将电子图像信号发送到CDS 120。像素阵列110可以包括诸如光电二极管或光电探测器的多个光电转换器装置，以检测入射光或将入射光转换成电信号。
CDS 120可以对来自像素阵列110的像素的电信号进行保持和采样。例如，CDS120可以基于从定时发生器160提供的时钟信号，对参考电压电平和接收到的电子图像信号的电压电平进行采样。CDS 120可以将与参考电压电平和电子图像信号的电压电平之差相对应的模拟信号发送到ADC 130。
ADC 130可以将接收到的模拟信号转换成数字信号，并且然后将数字信号发送到缓冲器140。
缓冲器140可以保持或锁存接收到的数字信号。缓冲器140可以顺序地将锁存的数字信号输出到图像信号处理器210。缓冲器140可以包括被配置成保持或锁存数字信号的存储器以及被配置成放大数字信号的读出放大器(sense amplifier)。
行驱动器150可以基于由定时发生器160提供的信号来激活像素阵列110的像素，以检测或转换入射光。例如，行驱动器150可以产生用于选择或激活多条行线中的一条或更多条行线的选择信号或驱动信号。
定时发生器160可以产生用于控制CDS 120、ADC 130、行驱动器150和斜坡信号发生器180的一个或更多个定时信号。
控制寄存器170可以产生用于控制缓冲器140、定时发生器160和斜坡信号发生器180的控制信号。缓冲器140、定时发生器160和斜坡信号发生器180可以由来自控制寄存器170的控制信号控制。控制寄存器170可以由相机控制器操作。
斜坡信号发生器180可以根据定时发生器160的控制而产生用于处理从缓冲器140输出的图像信号的斜坡信号。
图2示出基于所公开技术的一些实施方式的图像感测装置的像素阵列的示例，并且图3示出基于所公开技术的一些实施方式的像素组的示例。
参照图2和图3，像素阵列110可以包括顺序地布置成矩阵阵列的像素组10。像素组10中的每一个可以包括多个单位像素。例如，像素组10中的每一个可以包括布置成(2×2)矩阵阵列的第一单位像素PX1至第四单位像素PX4。
第一单位像素PX1至第四单位像素PX4中的每一个可以包括通过隔离结构ISO物理隔离、电气隔离和/或光学隔离的图像传感器像素。也就是说，包括第一单位像素PX1至第四单位像素PX4的像素区可以通过隔离结构ISO限定。在一个实现方式中，像素区可以通过从基板的前表面或后表面在基板中形成到一定深度的隔离结构ISO彼此隔离。在另一实现方式中，像素区可以通过从基板的前表面到后表面形成在基板中的隔离结构ISO彼此隔离。
第一单位像素至第四单位像素PX1、PX2、PX3和PX4中的每一个(像素区)在平面图中可以具有多边形形状。例如，第一单位像素至第四单位像素PX1、PX2、PX3和PX4中的每一个可以具有正方形形状。用于将第一单位像素至第四单位像素PX1、PX2、PX3和PX4彼此隔离的隔离结构ISO可以是栅格(grid)类型。隔离结构ISO可以包括沟槽型隔离结构和结型隔离结构，或者沟槽型隔离结构和结型隔离结构的组合。沟槽型隔离结构可以包括形成在基板上的沟槽和形成在沟槽中的绝缘材料层。结型隔离结构可以包括杂质区。
第一单位像素至第四单位像素PX1、PX2、PX3和PX4中的每一个可以包括光电转换元件PD。光电转换元件PD可以产生与入射光相对应的光生电流。光电转换元件PD的示例可以包括光电二极管、光电晶体管、光电门、钉扎光电二极管(PPD)，或者光电二极管、光电晶体管、光电门、钉扎光电二极管(PPD)中的两个或更多个的组合。例如，光电转换元件PD可以包括光电二极管。光电二极管可以包括垂直地层叠在基板中的N型杂质区和P型杂质区。
第一单位像素至第四单位像素PX1、PX2、PX3和PX4中的每一个可以包括浮置扩散区FD和抽头区(tap region)TAP。浮置扩散区FD可以位于每个像素区的一个角部处，抽头区可以位于每个像素区的另一个角部处。浮置扩散区FD和抽头区TAP可以与形成在每个像素区中的光电转换元件PD交叠。浮置扩散区FD和抽头区TAP可以在第一方向D1上彼此对齐。浮置扩散区FD和抽头区TAP可以包括形成在基板中的杂质区。浮置扩散区FD具有与抽头区TAP相反的导电类型。例如，浮置扩散区FD可以是N型杂质区，并且抽头区TAP可以是P型杂质区。
在一些实现方式中，如图2所示，第一单位像素PX1可以位于像素组10的左上区域。第一单位像素PX1的第一浮置扩散区FD1可以位于第一单位像素PX1的右下角部处。第一单位像素PX1的第一抽头区TAP1可以位于第一单位像素PX1的左下角部处。第二单位像素PX2可以位于像素组10的右上区域。第二单位像素PX2的第二浮置扩散区FD2可以位于第二单位像素PX2的左下角部处。第二单位像素PX2的第二抽头区TAP2可以位于第二单位像素PX2的右下角部处。第三单位像素PX3可以位于像素组10的左下区域。第三单位像素PX3的第三浮置扩散区FD3可以位于第三单位像素PX3的右上角部处。第三单位像素PX3的第三抽头区TAP3可以位于第三单位像素PX3的左上角部处。第四单位像素PX4可以位于像素组10的右下区域。
第四单位像素PX4的第四浮置扩散区FD4可以位于第四单位像素PX4的左上角部处。
第四单位像素PX4的第四抽头区TAP4可以位于第四单位像素PX4的右上角部处。因此，像素组10中的第一浮置扩散区至第四浮置扩散区FD1、FD2、FD3和FD4可以彼此相邻地形成。此外，第一浮置扩散区至第四浮置扩散区FD1、FD2、FD3和FD4可以经由导线彼此电连接。
第一单位像素至第四单位像素PX1、PX2、PX3和PX4中的每一个可以包括第一像素晶体管PTR1和第二像素晶体管PTR2。第一像素晶体管PTR1和第二像素晶体管PTR2可以与光电转换元件PD交叠。第一像素晶体管PTR1可以与第二像素晶体管PTR2间隔开。第一像素晶体管PTR1可以在第一方向D1上位于浮置扩散区FD和抽头区TAP之间。第一像素晶体管PTR1可以包括传输晶体管Tx，该传输晶体管Tx被配置成响应于传输信号而将由光电转换元件PD产生的光生电荷载流子传输到浮置扩散区FD。第二像素晶体管PTR2可以在第二方向D2上与第一像素晶体管PTR1相邻地形成。第二像素晶体管PTR2可以包括复位晶体管Rx、驱动晶体管Dx、选择晶体管Sx和转换增益晶体管DCGx。复位晶体管Rx可以被配置成响应于复位信号来初始化浮置扩散区FD。驱动晶体管Dx可以被配置成产生与存储在浮置扩散区FD中的光生电荷载流子的量相对应的放大输出信号Vout。选择晶体管Sx可以被配置成响应于选择信号而向图1中的列线传输输出信号。转换增益晶体管DCGx可以被配置成响应于转换增益信号而改变浮置扩散区FD的电容。
例如，复位晶体管Rx可以位于第一单位像素PX1处。转换增益晶体管DCGx可以位于第二单位像素PX2处。驱动晶体管Dx可以位于第三单位像素PX3处。选择晶体管Sx可以位于第四单位像素PX4处。浮置扩散区FD、复位晶体管Rx、转换增益晶体管DCGx、驱动晶体管Dx和选择晶体管Sx可以经由图3中的导线彼此电连接。
在一个实现方式中，转换增益晶体管DCGx可以电连接在浮置扩散区FD和复位晶体管Rx之间。在另一实现方式中，浮置扩散区FD可以电连接在复位晶体管Rx和转换增益晶体管DCGx之间。
例如，如图3所示，复位晶体管Rx和转换增益晶体管DCGx可以串联连接。复位晶体管Rx的漏极可以连接到VDD端子，并且转换增益晶体管DCGx的源极可以共同连接到第一浮置扩散区FD1至第四浮置扩散区FD4。串联连接的第一传输晶体管Tx1和光电转换元件PD连接在第一浮置扩散区FD1和地之间。串联连接的第二传输晶体管Tx2和光电转换元件PD连接在第二浮置扩散区FD2和地之间。串联连接的第三传输晶体管Tx3和光电转换元件PD连接在第三浮置扩散区FD3和地之间。串联连接的第四传输晶体管Tx4和光电转换元件PD连接在第四浮置扩散区FD4和地之间。驱动晶体管Dx的漏极可以连接到VDD端子，并且驱动晶体管Dx的栅极可以连接到第一浮置扩散区FD1至第四浮置扩散区FD4的连接节点和转换增益晶体管DCGx的源极。选择晶体管Sx可以连接在驱动晶体管的源极和Vout端子之间。
图4示出基于所公开技术的一些实施方式的图像感测装置的单位像素的示例，图5A是沿图4中的线A-A’截取的截面图，图5B是沿图4中的线B-B’截取的截面图，图5C是沿图4中的线C-C’截取的截面图，图5D是沿图4中的线D-D’截取的截面图，并且图6A和图6B是示出图4中的单位像素PX的平面图。
参照图4、图5A、图5B、图5C和图5D，基于所公开技术的一些实施方式实现的单位像素PX可以包括基板300、第一隔离结构306、光电转换元件PD、阱区310和第二隔离结构308。基板300可以具有前表面FS和后表面BS。第一隔离结构306可以形成在基板300中以限定像素区。光电转换元件PD可以形成在基板300的下部区域。阱区310可以形成在基板300的上部区域。第二隔离结构308可以形成在阱区310中，以限定第一有源区320和第二有源区340。
基板300可以包括块体单晶硅晶片、绝缘体上硅(SOI)晶片、包括Si-Ge的化合物半导体晶片、包括硅外延层的晶片等。例如，基板300可以包括掺杂有P型杂质的块体单晶硅晶片。
虽然在附图中未示出，但是还可以在基板300的前表面FS上形成用于控制单位像素PX的控制电路。参照图1，控制电路可以包括CDS 120、ADC 130、缓冲器140、行驱动器150、定时发生器160、控制寄存器170和斜坡信号发生器180。基板300的后表面BS可以对应于被构造成接收入射到光电转换元件PD上的光线的表面。此外，滤光器、栅格图案、微透镜或其它结构可以形成在基板300的后表面BS上。
第一隔离结构306可以被构造成限定像素区。此外，第一隔离结构306可以使相邻单位像素PX彼此物理隔离、电气隔离和/或光学隔离，以防止电气串扰和/或光学串扰。第一隔离结构306可以被构造成围绕像素区。第一隔离结构306可以包括沟槽型隔离结构。沟槽型隔离结构可以包括形成在基板300中的沟槽和形成在沟槽中的绝缘层。沟槽中的绝缘层可以包括单层或者包括具有不同特性的层叠的绝缘层的多层。形成在沟槽中的绝缘层可以包括具有一定折射率(refractivity)的绝缘材料，以通过防止入射光与相邻像素PX形成干扰来减小或最小化光学串扰。此外，形成在沟槽中的绝缘层可以包括具有固定电荷的具有高介电常数的介电材料，以防止电气串扰。在一些实现方式中，沟槽型隔离结构可以包括浅沟槽隔离部(STI)302和深沟槽隔离部(DTI)304。例如，第一隔离结构306可以包括与基板300的前表面FS接触的STI302，以及与STI 302的后表面和基板300的后表面BS接触的DTI304。STI 302的宽度可以基本上等于或大于DTI 304的宽度。
在一个实现方式中，第一隔离结构306可以包括STI 302和DTI 304。在另一实现方式中，第一隔离结构306可以仅包括DTI 304。在一个示例中，第一隔离结构306可以与基板300的前表面FS和后表面BS接触，并且穿透基板300。在另一示例中，第一隔离结构306可以与基板300的前表面FS接触。隔离结构306可以与基板300的后表面BS间隔开。
基板300的下部区域中的光电转换元件PD可以产生与入射光相对应的电流。光电转换元件PD可以包括光电二极管。光电二极管PD可以包括垂直层叠的N型杂质区和P型杂质区。
基板300的上部区域中的阱区310可以分别为第一像素晶体管PTR1和第二像素晶体管PTR2提供沟道。阱区310可以具有与光电转换元件PD的上表面接触的后表面。阱区310可以与光电转换元件PD交叠。阱区310可以包括通过将杂质注入基板300中而形成的杂质区。例如，阱区310可以包括P型杂质区。
第二隔离结构308可以形成在阱区310中，以限定第一有源区320和第二有源区340。第一像素晶体管PTR1可以形成在第一有源区320中。第二像素晶体管PTR2可以形成在第二有源区340中。第二隔离结构308可以在第一方向D1上延伸。第二隔离结构308的两端可以在第一方向D1上与第一隔离结构306接触。第二隔离结构308可以包括结型隔离结构。结型隔离结构可以包括与阱区310具有相同导电类型的杂质区。在一个示例中，结型隔离结构可以包括P型杂质区。结型隔离结构的掺杂浓度可以高于阱区310的掺杂浓度。
在一个实现方式中，第二隔离结构308可以包括结型隔离结构。在另一实现方式中，第二隔离结构308可以包括诸如浅沟槽隔离(STI)的沟槽型隔离结构。
此外，基于所公开技术的一些实施方式而实现的单位像素PX可以包括形成在第一有源区320中的第一像素晶体管PTR1和抽头区TAP。在一个示例中，单位像素PX可以包括形成在阱区310中的浮置扩散区FD和抽头区TAP，以及形成在浮置扩散区FD和抽头区TAP之间的第一栅极330。浮置扩散区FD和抽头区TAP可以沿第一方向D1彼此间隔开。第一栅极330可以包括凹陷栅极(recess gate)。虽然在图5A至图5D中未示出，但是第一栅极330的栅极绝缘层可以形成在栅电极和基板300之间。
浮置扩散区FD可以与光电转换元件PD的一个角部交叠。抽头区TAP可以与光电转换元件PD的另一个角部交叠。浮置扩散区FD和抽头区TAP中的每一个可以包括通过将杂质注入到基板300中而形成的杂质区。在一个示例中，浮置扩散区FD可以包括N型杂质区。抽头区TAP可以包括P型杂质区。抽头区TAP可以具有与阱区310相同的导电类型。抽头区TAP的掺杂浓度可以高于阱区310的掺杂浓度。
第一像素晶体管PTR1可以包括图3中的传输晶体管Tx，该传输晶体管Tx被配置成响应于作为栅极信号的传输信号而将在光电转换元件PD中产生的光生电荷载流子传输到浮置扩散区FD。因此，第一栅极330可以包括被配置成接收传输信号的传输栅极330。浮置扩散区可以用作第一像素晶体管PTR1的源极。光电转换元件PD可以用作第一像素晶体管PTR1的漏极。
传输栅极330可以包括形成在阱区310中的凹陷电极332。凹陷电极332可以具有第一截面形状，该第一截面形状能够最小化光生电荷载流子(例如从光电转换元件PD移动到浮置扩散区FD的电子)的路径。凹陷电极332可以与光电转换元件PD交叠。凹陷电极332可以具有被构造成在第三方向D3上面向光电转换元件PD的上表面的底表面。因此，凹陷电极332的底表面可以在第三方向D3上与光电转换元件PD的上表面间隔开。传输栅极330可以包括板状电极(plate electrode)334。板状电极334可以形成在基板300上。板状电极334可以与凹陷电极332电连接。板状电极334可以具有第二截面形状，该第二截面形状能最小化光生电荷载流子(例如从光电转换元件PD移动到浮置扩散区FD的电子)的路径。第二截面形状可以不同于第一截面形状。第一截面形状和第二截面形状可以彼此不同，以提高在光电转换元件PD和浮置扩散区FD之间移动的光生电荷载流子的传输效率。在所公开技术的一个实施方式中，第一截面形状可以是三角形形状，并且第二截面形状可以是包括至少四个角的多边形形状。在一个示例中，当传输栅极330形成在抽头区TAP和浮置扩散区FD之间时，从抽头区TAP传输的光生电荷载流子的传输效率可以取决于光生电荷载流子到浮置扩散区FD的路径，该路径可以根据凹陷电极332的截面形状而变化。例如，当凹陷电极332的截面形状是正方形形状时，光生电荷载流子沿着具有正方形形状的凹陷电极332的侧面从抽头区TAP移动到浮置扩散区FD。因此，光生电荷载流子需要行进很长的距离，并且凹陷电极332的面向抽头区TAP的侧面可能用作阻挡光生电荷载流子的流动的屏障，降低了电荷载流子的传输效率。相反，在所公开技术的一些实施方式中，凹陷电极332的截面形状的分别面向抽头区TAP和浮置扩散区FD的侧面不与抽头区TAP和浮置扩散区FD的侧壁平行，使得凹陷电极332的侧面不用作阻挡光生电荷载流子的流动的屏障。在一个实现方式中，凹陷电极332的截面形状具有三角形形状，以减小从抽头区TAP流向浮置扩散区FD的光生电荷载流子的路径的长度。此外，具有三角形形状的凹陷电极332不具有用作阻挡光生电荷载流子的流动的屏障的任何侧面结构，从而提高电荷载流子的传输效率并且防止图像滞后。
在一种实现方式中，第一截面形状可以是如上所述的三角形形状。在另一实现方式中，第一截面形状可以是如图6A所示的菱形形状(rhombic shape)。在另一实现方式中，第一截面形状可以是如图6B所示的梯形形状。
在一些实现方式中，传输栅极330的板状电极334可以具有包括至少四个角的多边形截面形状以覆盖凹陷电极332。在一些实现方式中，传输栅极330的一部分可以与浮置扩散区FD的一部分交叠，以确保传输栅极330和用于将传输信号施加到传输栅极330的导线之间的接触面积，并且提高电荷传输效率。
单位像素PX还可以包括形成在第二有源区340中的第二像素晶体管PTR2。在一些实现方式中，单位像素PX可以包括形成在基板300上的第二栅极350，以及在第二栅极350两侧形成在阱区310中的第一结区352和第二结区354。第一结区352和第二结区354可以分别用作第二像素晶体管PTR2的杂质区，例如第二像素晶体管PTR2的源极和漏极。第一结区352和第二结区354可以包括N型杂质区。
虽然在图5A至图5D中未示出，但是第二栅极350的栅极绝缘层可以形成在栅电极和基板300之间。此外，基于一个实现方式的第二栅极350可以包括平面栅极(planargate)。在另一实现方式中，第二栅极350可以包括凹陷栅极、鞍鳍型(saddle-fin)栅极、鳍型栅极(fin gate)、掩埋栅极、垂直栅极或其它栅极结构。
第二像素晶体管PTR2可以包括图3所示的被配置成响应于复位信号而初始化浮置扩散区FD的复位晶体管Rx、图3所示的被配置成产生与浮置扩散区FD中的光生电荷载流子的量相对应的放大输出信号的驱动晶体管Dx、图3所示的被配置成响应于选择信号而将输出信号传输到图1中的列线的选择晶体管Sx和图3所示的被配置成响应于转换增益信号而改变浮置扩散区FD的电容的转换增益晶体管DCGx中的任何一个。例如，当第二像素晶体管PTR2是驱动晶体管Dx时，第二栅极350可以连接到浮置扩散区FD。第一结区352和第二结区354可以分别连接到电源电压节点VDD和选择晶体管Sx。
在所公开技术的一些实施方式中，图像感测装置中的与浮置扩散区FD相邻的传输栅极330可以包括具有第一截面形状(例如包括至少三个角的多边形形状)的凹陷电极332，以提高光电转换元件PD和浮置扩散区FD之间的光生电荷载流子的传输效率。
图7是示出基于所公开技术的一些实施方式的图像感测装置的单位像素的平面图，图8A是沿图7中的线A-A’截取的截面图，图8B是沿图7中的线B-B’截取的截面图，图8C是沿图7中的线C-C’截取的截面图，图8D是沿图8中的线D-D’截取的截面图，并且图9A和图9B是示出图7中的单位像素PX的平面图。在图7和图8A至图8D中，与上述元件具有相同的附图标记的元件可以具有相同或相似的结构。
参照图7、图8A、图8B、图8C和图8D，示例性实施方式的单位像素PX可以包括基板300、第一隔离结构306、光电转换元件PD、阱区310和第二隔离结构308。基板300可以具有前表面FS和后表面BS。第一隔离结构306可以形成在基板300中以限定像素区。光电转换元件PD可以形成在基板300的下部区域。阱区310可以形成在基板300的上部区域。第二隔离结构308可以形成在阱区310中，以限定第一有源区320和第二有源区340。
基于所公开技术的一些示例性实施方式的单位像素PX可以包括形成在第一有源区320中的第一像素晶体管PTR1和抽头区TAP。在一个示例中，单位像素PX可以包括形成在阱区310中的浮置扩散区FD和抽头区TAP，以及形成在浮置扩散区FD和抽头区TAP之间的第一栅极330。浮置扩散区FD和抽头区TAP可以在第一方向D1上彼此间隔开。第一栅极330可以包括凹陷栅极。虽然在图8A至图8D中未示出，但是第一栅极330的栅极绝缘层可以形成在栅电极和基板300之间。
第一像素晶体管PTR1可以包括传输晶体管，该传输晶体管被配置成响应于传输信号而将在光电转换元件PD中产生的光生电荷载流子传输到浮置扩散区FD。因此，第一栅极360可以包括被配置成接收传输信号的传输栅极360。浮置扩散区可以用作第一像素晶体管PTR1的源极。光电转换元件PD可以用作第一像素晶体管PTR1的漏极。
传输栅极360可以包括第一凹陷电极362和第二凹陷电极364。第一凹陷电极362形成在阱区310中。第一凹陷电极362可以具有第一截面形状。第二凹陷电极364可以与第一凹陷电极362间隔开。第二凹陷电极364可以具有第二截面形状。为了有效地提高从抽头区TAP移动的光生电荷载流子的传输效率，第一凹陷电极362和第二凹陷电极364可以在第二方向D2上彼此间隔开。第一凹陷电极362和第二凹陷电极364可以与光电转换元件PD交叠。第一凹陷电极362和第二凹陷电极364中的每一个可以具有被构造成在第三方向D3上面向光电转换元件PD的上表面的底表面。因此，第一凹陷电极362和第二凹陷电极364中的每一个的后表面可以与光电转换元件PD的上表面间隔开。第一凹陷电极362和第二凹陷电极364形成在第三方向D3上。传输栅极360可以包括板状电极366。板状电极366可以形成在基板300上，以与第一凹陷电极362和第二凹陷电极364电连接。板状电极366可以具有不同于第一截面形状和第二截面形状的第三截面形状。第一截面形状、第二截面形状和第三截面形状可以彼此不同，以提高光电转换元件PD和浮置扩散区FD之间的光生电荷载流子的传输效率。例如，第一截面形状和第二截面形状可以是包括至少四个角的多边形形状。在一些实现方式中，第一截面形状和第二截面形状中的每一个可以包括三角形形状、菱形形状和梯形形状中的任何一种。然而，第一截面形状和第二截面形状可以彼此不同。例如，第一截面形状可以是三角形形状，并且第二截面形状可以是菱形形状。
在所公开技术的一些示例性实施方式中，第一截面形状和第二截面形状中的每一个可以包括三角形形状、菱形形状和梯形形状中的任何一种，并且第一截面形状和第二截面形状可以彼此不同。在所公开技术的其它实施方式中，如图9A所示，第一截面形状和第二截面形状中的每一个可以包括三角形形状、菱形形状和梯形形状中的任何一种，并且第一截面形状可以与第二截面形状基本相同。第一截面形状的面积可以与第二截面形状的面积基本相同。此外，第一截面形状可以与第二截面形状对称。另选地，如图9B所示，第一截面形状和第二截面形状中的每一个可以包括三角形形状、菱形形状和梯形形状中的任何一种，并且第一截面形状可以与第二截面形状基本相同。第一截面形状的面积可以不同于第二截面形状的面积。此外，与上述示例不同，第一截面形状与第二截面形状不对称。
传输栅极360的具有包括至少四个角的多边形截面形状的板状电极366可以覆盖第一凹陷电极362和第二凹陷电极364。在一些实现方式中，传输栅极360的一部分可以与浮置扩散区FD的一部分交叠，以确保传输栅极360和用于将传输信号施加到传输栅极360的导线之间的接触面积，并且提高电荷的传输效率。
单位像素PX还可以包括形成在第二有源区340中的第二像素晶体管PTR2。在一些实现方式中，单位像素PX可以包括形成在基板300上的第二栅极350，以及在第二栅极350两侧形成在阱区310中的第一结区352和第二结区354。第一结区352和第二结区354可以分别用作第二像素晶体管PTR2的杂质区，例如第二像素晶体管PTR2的源极和漏极。第一结区352和第二结区354可以包括N型杂质区。虽然在图8A至图8D中未示出，但是第二栅极350的栅极绝缘层可以形成在栅电极和基板300之间。
在所公开技术的一些实施方式中，与浮置扩散区相邻的传输栅极360可以包括具有第一截面形状的第一凹陷电极362和具有第二截面形状的第二凹陷电极364。第一截面形状可以具有三角形形状、菱形形状和梯形形状中的任何一种，并且第二截面形状可以具有三角形形状、菱形形状和梯形形状中的任何一种。因此，可以提高光电转换元件PD和浮置扩散区FD之间的光生电荷载流子的传输效率。
此外，第一凹陷电极362可以与第二凹陷电极364间隔开，以进一步提高光电转换元件PD和浮置扩散区FD之间的光生电荷载流子的传输效率。
仅描述或示出了所公开技术的实现方式或实施方式的有限示例。基于本专利文件中公开和示出的内容，可以对所公开的实现方式或实施方式进行变型和增强并且其它实现方式或实施方式也是可能的。
相关申请的交叉引用
本专利文件要求于2021年3月8日提交的韩国专利申请No.10-2021-0029831的优先权和利益，其全部内容通过引用结合于此。

Claims (22)

1.一种图像感测装置，所述图像感测装置包括：
基板，所述基板包括上部区域和下部区域；
光电转换元件，所述光电转换元件被构造成将光转换成电荷，并且形成在所述基板的所述下部区域中；
浮置扩散区，所述浮置扩散区形成在所述基板的所述上部区域中，并且被联接为从所述光电转换元件接收所述电荷；以及
传输栅极，所述传输栅极与所述浮置扩散区相邻地形成在所述基板的所述上部区域中，并且联接在所述浮置扩散区和所述光电转换元件之间以将所述电荷从所述光电转换元件传输到所述浮置扩散区，所述传输栅极包括被构造成具有三角形截面形状的凹陷电极以提供用于传输所述电荷的路径。
2.根据权利要求1所述的图像感测装置，所述图像感测装置还包括形成在所述基板的所述上部区域中的抽头区，
其中，所述传输栅极被布置在所述抽头区和所述浮置扩散区之间。
3.根据权利要求2所述的图像感测装置，其中，所述浮置扩散区被构造成与所述光电转换元件的一个角部交叠，并且所述抽头区被构造成与所述光电转换元件的面向所述一个角部的另一个角部交叠。
4.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述传输栅极还包括形成在所述基板上并且与所述凹陷电极电连接的板状电极，并且所述板状电极的一部分被构造成与所述浮置扩散区的一部分交叠。
5.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述凹陷电极被构造成与所述光电转换元件交叠，并且所述凹陷电极具有与所述光电转换元件的上表面间隔开的底表面。
6.一种图像感测装置，所述图像感测装置包括：
基板，所述基板包括上部区域和下部区域；
光电转换元件，所述光电转换元件被构造成将光转换成电荷，并且形成在所述基板的所述下部区域中；
浮置扩散区，所述浮置扩散区形成在所述基板的所述上部区域中，以从所述光电转换元件接收所述电荷；以及
传输栅极，所述传输栅极与所述浮置扩散区相邻地形成，以向从所述光电转换元件移动到所述浮置扩散区的所述电荷提供路径，
其中，所述传输栅极包括：
凹陷电极，所述凹陷电极形成在所述基板的所述上部区域中，并且被构造成具有第一截面形状；以及
板状电极，所述板状电极形成在所述基板上并且与所述凹陷电极电连接，并且被构造成具有不同于所述第一截面形状的第二截面形状。
7.根据权利要求6所述的图像感测装置，所述图像感测装置还包括形成在所述基板的所述上部区域中的抽头区，
其中，所述传输栅极被布置在所述抽头区和所述浮置扩散区之间。
8.根据权利要求6所述的图像感测装置，其中，所述第一截面形状具有包括至少三个角的多边形形状。
9.根据权利要求6所述的图像感测装置，其中，所述第二截面形状具有包括至少四个角的多边形形状。
10.根据权利要求7所述的图像感测装置，其中，所述浮置扩散区被构造成与所述光电转换元件的一个角部交叠，并且所述抽头区被构造成与所述光电转换元件的面向所述一个角部的另一个角部交叠。
11.根据权利要求6所述的图像感测装置，其中，所述板状电极被构造成覆盖所述凹陷电极，并且所述板状电极的一部分被构造成与所述浮置扩散区的一部分交叠。
12.根据权利要求6所述的图像感测装置，其中，所述凹陷电极被构造成与所述光电转换元件交叠，并且所述凹陷电极具有与所述光电转换元件的上表面间隔开的底表面。
13.一种图像感测装置，所述图像感测装置包括：
基板，所述基板包括上部区域和下部区域；
光电转换元件，所述光电转换元件被构造成将光转换成电荷，并且形成在所述基板的所述下部区域中；
浮置扩散区，所述浮置扩散区形成在所述基板的所述上部区域中，以从所述光电转换元件接收所述电荷；以及
传输栅极，所述传输栅极联接在所述浮置扩散区和所述光电转换元件之间，以将所述电荷从所述光电转换元件传输到所述浮置扩散区，
其中，所述传输栅极包括：
第一凹陷电极，所述第一凹陷电极形成在所述基板的所述上部区域中，并且被构造成具有第一截面形状；
第二凹陷电极，所述第二凹陷电极在所述基板的所述上部区域中与所述第一凹陷电极间隔开，并且被构造成具有第二截面形状；以及
板状电极，所述板状电极形成在所述基板上并且与所述第一凹陷电极和所述第二凹陷电极电连接，并且被构造成具有不同于所述第一截面形状和所述第二截面形状的第三截面形状。
14.根据权利要求13所述的图像感测装置，所述图像感测装置还包括形成在所述基板的所述上部区域中的抽头区，
其中，所述传输栅极被布置在所述抽头区和所述浮置扩散区之间。
15.根据权利要求14所述的图像感测装置，其中，所述抽头区、所述传输栅极和所述浮置扩散区在第一方向上彼此对齐，并且所述第一凹陷电极在垂直于所述第一方向的第二方向上与所述第二凹陷电极间隔开。
16.根据权利要求13所述的图像感测装置，其中，所述第一截面形状和所述第二截面形状中的每一个具有包括至少三个角的多边形形状，并且所述第一截面形状与所述第二截面形状相同。
17.根据权利要求13所述的图像感测装置，其中，所述第一截面形状和所述第二截面形状中的每一个具有包括至少三个角的多边形形状，并且所述第一截面形状不同于所述第二截面形状。
18.根据权利要求13所述的图像感测装置，其中，所述第一截面形状和所述第二截面形状中的每一个是三角形形状、菱形形状或梯形形状。
19.根据权利要求13所述的图像感测装置，其中，所述第三截面形状具有包括至少四个角的多边形形状。
20.根据权利要求14所述的图像感测装置，其中，所述浮置扩散区被构造成与所述光电转换元件的一个角部交叠，并且所述抽头区被构造成与所述光电转换元件的面向所述一个角部的另一个角部交叠。
21.根据权利要求13所述的图像感测装置，其中，所述板状电极被构造成覆盖所述第一凹陷电极和所述第二凹陷电极，并且所述板状电极的一部分被构造成与所述浮置扩散区的一部分交叠。
22.根据权利要求13所述的图像感测装置，其中，所述第一凹陷电极和所述第二凹陷电极被构造成与所述光电转换元件交叠，并且所述第一凹陷电极和所述第二凹陷电极具有与所述光电转换元件的上表面间隔开的底表面。
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