CN115224057A - 图像传感器 - Google Patents

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Abstract

图像传感器可以包括：基础衬底，包括衬底层、位于衬底层上的埋入绝缘层、以及位于埋入绝缘层上的半导体层；光感测器件，位于衬底层中；埋入杂质区，位于衬底层的上部，并且与光感测器件间隔开；转移栅极，包括延伸穿过半导体层和埋入绝缘层并延伸到衬底层的内部的竖直栅极，衬底层的该内部位于光感测器件和埋入杂质区之间；平面栅极，位于半导体层上；以及栅极绝缘层，位于衬底层与平面栅极之间。

Description

图像传感器
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求于2021年4月16日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0050015的优先权，该申请的公开通过全文引用合并于此。
技术领域
本发明构思涉及图像传感器，更具体地，涉及包括多个单位像素的图像传感器。
背景技术
图像传感器可以包括布置为二维(2D)阵列的多个单位像素。通常，每个单元像素可以包括光电二极管和多个像素晶体管，多个像素晶体管可以包括例如转移晶体管、复位晶体管、源极跟随器晶体管和选择晶体管。
发明内容
本发明构思提供一种图像传感器，其中每个单位像素的尺寸被减小或最小化。
本发明构思提供以下图像传感器。根据本发明构思的一些实施例，提供了一种图像传感器，该图像传感器可以包括：基础衬底，包括：衬底层，具有第一导电类型并且包括彼此相对的第一表面和第二表面；埋入绝缘层，位于衬底层的第一表面上；以及半导体层，位于埋入绝缘层上；光感测器件，位于衬底层中，包括杂质区，该杂质区具有与第一导电类型不同的第二导电类型；埋入杂质区，位于衬底层的上部(例如，与埋入绝缘层相邻的部分)，并与光感测器件间隔开，该埋入杂质区包括具有第二导电类型的杂质区；转移栅极，包括延伸穿过半导体层和埋入绝缘层并延伸到衬底层的内部的竖直栅极，衬底层的该内部位于光感测器件与埋入杂质区之间；平面栅极，位于半导体层上；以及栅极绝缘层，位于衬底层与平面栅极之间。
根据本发明构思的一些实施例，提供了一种图像传感器，该图像传感器可以包括：基础衬底，其中衬底层具有第一导电类型并且包括彼此相对的第一表面和第二表面，埋入绝缘层位于衬底层的第一表面上，半导体层位于埋入绝缘层上，并且衬底层、埋入绝缘层和半导体层构成绝缘体上硅(SOI)结构；多个光感测器件，位于衬底层中并彼此间隔开，每个光感测器件包括在第一竖直水平面处的顶表面和具有与第一导电类型不同的第二导电类型的杂质区；埋入杂质区，位于衬底层中并与多个光感测器件间隔开以沿着多个光感测器件之间的区域一维地(例如，在平面图中示出)延伸，该埋入杂质区包括杂质区，该杂质区位于衬底层的上部(例如，与埋入绝缘层相邻的部分)中并且具有第二导电类型；多个转移栅极，穿过半导体层和埋入绝缘层，延伸到多个光感测器件中的每一个与埋入杂质区之间的、衬底层的内部，填充多个竖直栅极孔，每个竖直栅极孔包括设置在第二竖直水平面处的底表面，并且在竖直方向上与对应的多个光感测器件的一部分重叠，而在竖直方向上不与埋入杂质区重叠；多个平面栅极，位于半导体层上并且在与埋入杂质区的延伸方向不同的方向上彼此间隔开。
根据本发明构思的一些实施例，提供了一种图像传感器，该图像传感器可以包括：基础衬底，其中衬底层具有第一导电类型并且包括彼此相对的第一表面和第二表面，埋入绝缘层位于衬底层的第一表面上，半导体层位于埋入绝缘层上，并且衬底层、埋入绝缘层和半导体层构成绝缘体上硅(SOI)结构；多个光感测器件，在衬底层中彼此间隔开，并被布置为在第一水平方向和可以垂直于第一水平方向的第二水平方向中的每一个上构成列和行，多个光感测器件均包括具有与第一导电类型不同的第二导电类型的杂质区；埋入杂质区，与多个光感测器件间隔开以在多个光感测器件之间的第二水平方向上一维地(例如，在平面图中示出)延伸，该埋入杂质区包括杂质区，该杂质区位于衬底层的上部(例如，与埋入绝缘层相邻的部分)中并且具有第二导电类型；多个转移栅极，延伸穿过半导体层和埋入绝缘层，延伸到多个光感测器件中的每一个与埋入杂质区之间的、衬底层的内部，填充多个竖直栅极孔，每个竖直栅极孔包括设置在第二竖直水平面处的底表面，在竖直方向上与对应的多个光感测器件的一部分重叠，而在竖直方向上不与埋入杂质区重叠；多个平面栅极，在半导体层上在第一水平方向上彼此间隔开；栅极绝缘层，在衬底层与多个转移栅极之间，并且在衬底层与多个平面栅极之间；多个杂质区，位于半导体层中，并在第一水平方向上与多个平面栅极的相应侧相邻，该多个杂质区包括源极区和漏极区；多个滤色层，位于衬底层的第二表面上，多个滤色层中的每一个的至少一部分在竖直方向上与多个光感测器件中的相应的光感测器件重叠；以及多个微透镜，分别位于多个滤色层上。
附图说明
根据以下结合附图进行的详细描述，将更清楚地理解本发明构思的实施例，在附图中：
图1是根据本发明构思的一些实施例的图像传感器的等效电路图；
图2是根据本发明构思的一些实施例的图像传感器的主要部分的平面布局；
图3A和图3B是根据本发明构思的一些实施例的图像传感器的截面图；
图4A和图4B是根据本发明构思的一些实施例的图像传感器的截面图；
图5A是根据本发明构思的一些实施例的图像传感器的主要部分的平面布局；
图5B是根据本发明构思的一些实施例的图像传感器的截面图；
图6是根据本发明构思的一些实施例的图像传感器的截面图；
图7是根据本发明构思的一些实施例的图像传感器的截面图；
图8A、图8B、图9A、图9B、图10A、图10B、图11A、图11B、图12A、图12B、图13A和图13B是示出根据本发明构思的一些实施例的制造图像传感器的方法的截面图；
图14是示出根据本发明构思的一些实施例的制造图像传感器的方法的截面图；
图15是示出根据本发明构思的一些实施例的制造图像传感器的方法的截面图；以及
图16是示出根据本发明构思的一些实施例的图像传感器的结构的框图。
具体实施方式
图1是根据本发明构思的一些实施例的图像传感器1的等效电路图。
参照图1，图像传感器1可以包括至少一个光感测器件PD、至少一个转移晶体管TT、浮动扩散区FD、复位晶体管RT、源极跟随器晶体管SFT和选择晶体管SELT。光感测器件PD和转移晶体管TT可以构成单位像素。
转移晶体管TT、复位晶体管RT、源极跟随器晶体管SFT和选择晶体管SELT可以分别包括转移栅极VTG、复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL。在一些实施例中，至少一个转移栅极VTG可以是竖直栅极，并且复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL中的每一个可以是平面栅极。至少一个转移栅极VTG可设置在至少一个光感测器件PD与浮动扩散区FD之间，并且至少一个转移晶体管TT可将至少一个光感测器件PD产生的电荷转移至浮动扩散区FD。如本文所用，竖直栅极是指包括延伸到基础衬底(例如，图3A和图3B中的基础衬底100)中的部分的栅极，而平面栅极是指不包括延伸到基础衬底中的部分的栅极。
至少一个转移晶体管TT可以包括至少一个转移栅极VTG，以及分别连接到浮动扩散区FD和光感测器件PD的源极区和漏极区。复位晶体管RT可以包括复位栅极RG、连接到浮动扩散区FD的源极区和连接到源极电压Vpix的漏极区。源极跟随器晶体管SFT可以包括连接到浮动扩散区FD的源极跟随器栅极SF、由选择晶体管SELT共享的共享源极区SS和连接到源极电压Vpix的漏极区。选择晶体管SEL可以包括选择栅极SEL、由源极跟随器晶体管SFT共享的共享源极区SS和连接到输出电压Vout的漏极区。
在图1中，示出了包括四个光感测器件PD的四个单元像素可以通过四个转移晶体管TT构成共享像素，该共享像素共享一个浮动扩散区FD、一个复位晶体管RT、一个源极跟随晶体管SFT、以及一个选择晶体管SELT，但是本发明构思不限于此。在一些实施例中，包括两个光感测器件PD的两个单元像素可以通过两个转移晶体管TT构成共享像素，该共享像素共享一个浮动扩散区FD、一个复位晶体管RT、一个源极跟随器晶体管SFT和一个选择晶体管SELT。在一些实施例中，包括一个光感测器件PD的一个单元像素可以通过一个转移晶体管TT连接到一个浮动扩散区FD、一个复位晶体管RT、一个源极跟随器晶体管SFT和一个选择晶体管SELT。
图2是根据本发明构思的一些实施例的图像传感器10的一部分的平面布局。
参照图2，图像传感器10可以包括：基础衬底100，形成有多个光感测器件PD；像素分离区150，围绕多个光感测器件PD中的每一个的外围；浮动扩散区FD，与多个光感测器件PD相邻设置；多个转移栅极VTG，与多个光感测器件PD对应；复位栅极RG；源极跟随器栅极SF；和选择栅极SEL。
转移栅极VTG、复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL可以分别构成图1所示的转移晶体管TT、复位晶体管RT、源极跟随器晶体管SFT和选择晶体管SELT。转移栅极VTG、复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL可以各自包括栅极导电层124。例如，栅极导电层124可以包括掺杂多晶硅、金属、金属硅化物、金属氮化物和含金属膜中的至少一种。栅极间隔件130可以围绕栅极导电层124的外围。例如，栅极间隔件130可以覆盖复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL中的每一个的侧壁。例如，栅极间隔件130可以覆盖转移栅极VTG的上部的一部分的侧壁。
在一些实施例中，多个光感测器件PD可被布置为在第一水平方向(X方向)和与第一水平方向(X方向)垂直的第二水平方向(Y方向)上形成包括列和行的矩阵。
转移栅极VTG可以设置在浮动扩散区FD和光感测器件PD之间。在一些实施例中，彼此对应的转移栅极VTG的至少一部分和光感测器件PD的一部分可以在竖直方向(Z方向)上彼此重叠。转移栅极VTG在竖直方向(Z方向)上可以不与包括埋入杂质区110的浮动扩散区FD重叠。如本文所用，“元件A在方向W上与元件B重叠”(或类似语言)可以表示能够绘制在方向W上延伸的至少一条与元件A和B两者相交的线。
在一些实施例中，包括在图像传感器10中的一个浮动扩散区FD可以设置为与四个光感测器件PD相邻，并且四个转移栅极VTG可以设置在一个浮动扩散区FD和四个光感测器件PD之间。例如，浮动扩散区FD可以沿着在第一水平方向(X方向)上彼此分开的光感测器件PD之间的区域在第二水平方向(Y方向)上一维地(即，在俯视图中)延伸。浮动扩散区FD可以在第一水平方向(X方向)上一维地(即，在俯视图中)与多个光感测器件PD分开。在一些实施例中，选择栅极SEL、源极跟随器栅极SF和复位栅极RG可以在第一水平方向(X方向)上彼此分开布置。源极跟随器栅极SF的至少一部分可以在竖直方向(Z方向)上与扩散区FD的一部分重叠。
多个杂质区142、144、146和148可以在第一水平方向上设置在选择栅极SEL、源极跟随器栅极SF和复位栅极RG的两侧。多个杂质区142、144、146和148可以是选择栅极SEL、源极跟随器栅极SF和复位栅极RG的源极区和漏极区。多个杂质区142、144、146和148可以包括第一杂质区142、第二杂质区144、第三杂质区146和第四杂质区148。例如，在第一水平方向(X方向)上，第一杂质区142和第二杂质区144可以分别设置在选择栅极SEL的相对侧附近(例如，设置在相对侧处)，第二杂质区144和第三杂质区146可以分别设置在源极跟随器栅极SF的相对侧附近(例如，设置在相对侧处)，第三杂质区146和第四杂质区148可以分别设置在复位栅极RG的相对侧附近(例如，设置在相对侧处)。第一杂质区142可以是连接到源极电压Vout并在图1中示出的选择晶体管SELT的漏极区。第二杂质区144可以是由图1所示的源极跟随器晶体管SFT和选择晶体管SELT共享的共享源极区SS。第三杂质区146可以是由图1所示的源极跟随器晶体管SFT和复位晶体管RT共享的漏极区，并且可以连接到源极电压Vpix。第四杂质区148可以是图1所示的复位晶体管RT的源极区，并且可以连接到浮动扩散区FD。
浮动扩散区FD可以连接到第四杂质区148和源极跟随器栅极SF。浮动扩散区FD可以包括埋入杂质区110。
接触部164可以连接到浮动扩散区FD、第一杂质区142、第三杂质区146、第四杂质区148和源极跟随器栅极SF中的每一个。接触部164可以电连接到浮动扩散区FD、第四杂质区148和源极跟随器栅极SF中的每一个。
图3A和图3B是根据本发明构思的一些实施例的图像传感器的截面图。详细地，图3A和图3B是沿图2的线a-a’和b-b’截取的截面图。
参照图2、图3A和图3B，图像传感器10可以包括基础衬底100，基础衬底100包括衬底层102、埋入绝缘层104和半导体层106。基础衬底100可以包括绝缘体上硅(SOI)衬底。衬底层102可以包括彼此相对的第一表面102a和第二表面102b。
衬底层102可以包括例如硅(例如，单晶硅、多晶硅或非晶硅)。在一些实施例中，衬底层102可以包括例如选自Ge、SiGe、SiC、GaAs、InAs和InP中的至少一种材料。衬底层102可以基于具有第一导电类型的半导体衬底形成。在一些实施例中，衬底层102可以包括p型半导体衬底。在一些实施例中，衬底层102可以包括形成在p型半导体衬底或n型半导体衬底中的p型阱区。
埋入绝缘层104可以设置在衬底层102和半导体层106之间。埋入绝缘层104可以包括例如氧化硅。埋入绝缘层104可以覆盖衬底层102的第一表面102a。埋入绝缘层104可以具有第一厚度T1。例如，第一厚度T1可为约
Figure BDA0003510297240000071
至约
Figure BDA0003510297240000072
半导体层106可以包括例如单晶半导体材料、多晶硅材料或非晶半导体材料。在一些实施例中，埋入绝缘层104可以包括硅。在一些实施例中，可以通过生长或沉积来在埋入绝缘层104上形成半导体层106。在一些实施例中，可以通过在埋入绝缘层104上附着单独形成的半导体材料层来形成半导体层106。半导体层106可以具有大于第一厚度T1的第二厚度T2。例如，第二厚度T2可为约
Figure BDA0003510297240000081
至约
Figure BDA0003510297240000082
在一些实施例中，半导体层106可以基于具有第一导电类型的半导体衬底形成。在一些实施例中，半导体层106可以包括p型半导体材料。
多个光感测器件PD可以邻近衬底层102的第一表面102a形成，并且在衬底层102中彼此分开。每个光感测器件PD可以是具有与第一导电类型不同的第二导电类型的杂质区。例如，每个光感测器件PD可以是n型杂质区。
像素分离区150可以在衬底层102中围绕多个光感测器件PD中的每一个。在一些实施例中，像素分离区150可以从衬底层102的第二表面102b延伸到衬底层102的内部。例如，像素分离区150可以与衬底层102的第一表面102a分开。像素分离区150可以是例如深沟槽隔离(DTI)。
在一些实施例中，像素分离区150可以包括折射率低于衬底层102中包括的材料的折射率的材料。例如，像素分离区150可以包括氧化物、氮化物、氮氧化物或空气。像素分离区150可以包括包含一种膜的单层、包含两种膜的双层、或者包含至少三种膜的组合的多层。例如，像素分离区150可以包括两种不同的绝缘膜。例如，像素分离区150可以包括氧化硅和氮化硅。例如，像素分离区150可以包括包含氧化硅、氮化硅和氧化硅的三层。例如，像素分离区150可以具有在至少两种绝缘膜之间设置间隙的结构。应当理解，“间隙”可以是例如任何空隙或空腔，并且可以是填充有空气的间隙(例如，气隙)、填充有一种或多种惰性气体的间隙(例如，惰性气体间隙)、限定真空的间隙(例如，真空间隙)等。
在一些实施例中，像素分离区150可以包括埋入导电层和设置在埋入导电层和衬底层102之间的绝缘衬垫。埋入导电层可以包括例如掺杂多晶硅、金属、金属硅化物、金属氮化物和含金属膜中的至少一种。例如，绝缘衬垫可以包括诸如氧化铪、氧化铝或氧化钽之类的金属氧化物，或者可以包括诸如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅之类的绝缘材料。
埋入杂质区110可以形成在衬底层102的上部(即，与第一表面102a相邻的部分)。例如，埋入杂质区110可以从衬底层102的第一表面102a延伸到衬底层102的内部，但是本发明构思不限于此。在一些实施例中，埋入杂质区110的顶表面可以与衬底层102的第一表面102a分开。埋入杂质区110可以包括具有第二导电类型的杂质区。例如，埋入杂质区110可以包括n型杂质区。埋入杂质区110的底表面可以设置在比光感测器件PD的顶表面高的竖直水平面上。如本文所用，“在比表面B高的竖直水平面上的表面A”可以指衬底层102的第二表面102b更靠近表面B而不是更靠近表面A，“在比表面D低的竖直水平面上的表面C”可以指衬底层102的第二表面102b更靠近表面C而不是更靠近表面D。衬底层102的第一表面102a可以被称为衬底层102的顶表面，并且衬底层102的第二表面102b可以被称为衬底层102的底表面。
穿过半导体层106和埋入绝缘层104并延伸到衬底层102中(例如，衬底层102的内部)的多个竖直栅极孔VTGH可以形成在基础衬底100中。在一些实施例中，多个竖直栅极孔VTGH中的每一个可以具有锥形形状，其中其水平宽度在从其上侧到其下侧的方向上(即，朝向光感测器件PD)减小。如本文所用，“水平宽度”是指水平方向上的宽度。
在一些实施例中，光感测器件PD的顶表面可以设置在第一竖直水平面LV1处，竖直栅极孔VTGH的底表面可以设置在高于第一竖直水平面LV1的第二竖直水平面LV2处。第一竖直水平面LV1和第二竖直水平面LV2可以在竖直方向(Z方向)上具有分隔间隔G1。例如，分隔间隔G1可为约
Figure BDA0003510297240000091
至约
Figure BDA0003510297240000092
覆盖半导体层106的顶表面的一部分和多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的内表面的栅极绝缘层122可以形成在基础衬底100上，并且栅极导电层124可以形成在栅极绝缘层122上。栅极绝缘层122可以共形地覆盖半导体层106的顶表面的一部分以及多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的内表面。在一些实施例中，如图3A和图3B所示，栅极绝缘层122可以沿着半导体层106的顶表面和多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的内表面具有均匀的厚度。例如，栅极绝缘层122可以设置在基础衬底100和栅极导电层124之间。栅极绝缘层122可以在竖直方向上全部与栅极导电层124重叠。栅极绝缘层122可以具有小于第二厚度T2的第三厚度T3。例如，第三厚度T4可为约
Figure BDA0003510297240000101
至约
Figure BDA0003510297240000102
在一些实施例中，第一厚度T1和第三厚度T3可以具有基本相同的值。栅极导电层124可以填充多个竖直栅极孔VTGH。
栅极导电层124的彼此分开的部分可以包括多个转移栅极VTG、复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL。多个转移栅极VTG可以是栅极导电层124的一部分，其填充多个竖直栅极孔VTGH并设置在栅极绝缘层122上。复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL可以分别是设置在栅极绝缘层122的覆盖半导体层106的顶表面的部分上的栅极导电层124的不同部分。源极跟随器栅极SF的至少一部分和浮动扩散区FD的一部分可以在竖直方向(Z方向)上彼此重叠。
在此，栅极绝缘层122的覆盖半导体层106的顶表面的部分可以表示栅极绝缘层122的以下部分：除覆盖多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的内表面的部分之外的、设置在同一竖直水平面的部分。
也就是说，多个转移栅极VTG中的每一个可以是穿过半导体层106和埋入绝缘层104并延伸到衬底层102的内部的竖直栅极，复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL中的每一个可以是不穿过半导体层106和埋入绝缘层104的、设置在栅极绝缘层122的覆盖半导体层106的顶表面的部分上的平面栅极。在一些实施例中，多个转移栅极VTG中的每一个的底表面可以设置在比埋入杂质区110的底表面低并且比光感测器件PD的顶表面高的竖直水平面处。复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL中的每一个的顶表面可以设置在比埋入杂质区110的顶表面和半导体层106的顶表面中的每一个高的竖直水平面处。
多个转移栅极VTG中的每一个可以包括填充竖直栅极孔VTGH的埋入部分TGP、以及覆盖埋入部分TGP并设置在竖直栅极孔VTGH的外部的帽盖部分TGC。多个转移栅极VTG中的每一个的帽盖部分TGC可以表示转移栅极VTG的与栅极绝缘层122的覆盖半导体层106的顶表面的部分的顶表面相比的上部，并且多个转移栅极VTG中的每一个的埋入部分TGP可以表示转移栅极VTG的与栅极绝缘层122的覆盖半导体层106的顶表面的部分的顶表面相比的下部。多个转移栅极VTG中的每一个的埋入部分TGP和帽盖部分TGC可以设置为一个整体。多个转移栅极VTG中的每一个的帽盖部分TGC可以设置在与复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL相同的竖直水平面处。多个转移栅极VTG中的每一个的帽盖部分TGC的水平宽度可以具有比埋入部分TGP的最大水平宽度(即，水平方向上的最宽宽度)大的值。多个转移栅极VTG中的每一个的埋入部分TGP可以具有锥形形状，其中其水平宽度在从其上侧到其下侧的方向上(即，朝向光感测器件PD)变窄。如本文所用，“部分A和部分B被设置为一个整体”(或类似的语言)可以表示在部分A和B中包括至少一个单片层和/或至少有一层包括在部分A和B中，该层由相同的工艺形成并且包括相同的材料。此外，一个主体可以具有整体结构。
栅极间隔件130可以围绕栅极导电层124的外围。例如，栅极间隔件130可以覆盖复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL中的每一个的侧壁。例如，栅极间隔件130可以覆盖多个转移栅极VTG中的每一个转移栅极VTG的上部的一部分的侧壁。栅极间隔件130可以包括：间隔衬垫层132，共形地覆盖栅极导电层124的侧壁和栅极绝缘层122的与栅极导电层124相邻的部分；以及间隔绝缘层134，覆盖间隔衬垫层132。例如，间隔衬垫层132可以包括氧化物，并且间隔绝缘层134可以包括氮化物。在一些实施例中，间隔衬垫层132可以包括氧化硅，并且间隔绝缘层134可以包括氮化硅。栅极间隔件130可以设置在比栅极绝缘层122的不延伸到多个转移栅极VTG中的每一个的内部并且覆盖半导体层106的顶表面的部分的竖直水平面更高的竖直水平面处。
多个杂质区142、144、146和148可以设置在半导体层106中，并设置在选择栅极SEL、复位栅极RG和源极跟随器栅极SF的侧面。多个杂质区142、144、146和148中的每一个可以是具有第二导电类型的杂质区。例如，多个杂质区142、144、146和148中的每一个都可以是n型杂质区。多个杂质区142、144、146和148可以包括第一杂质区142、第二杂质区144、第三杂质区146和第四杂质区148。例如，在第一水平方向(X方向)上，第一杂质区142和第二杂质区144可以设置在选择栅极SEL的相应的相对侧，第二杂质区144和第三杂质区146可以设置在源极跟随器栅极SF的相应的相对侧，第三杂质区146和第四杂质区148可以设置在复位栅极RG的相应的相对侧。
布线结构160可以形成在栅极导电层124和栅极间隔件130上。布线结构160可以形成在衬底层102的第一表面102a上。布线结构160可以包括例如多个布线162、多个接触部164和层间绝缘层166。在一些实施例中，包括在布线结构160中的多个布线162可以具有多层结构。多个接触部164可以电连接到多个杂质区142、144、146和148中的至少一些以及埋入杂质区110。尽管未单独示出，但是多个接触部164可以连接到多个布线162中的一些，或者可以竖直地连接多个布线162。
多个布线162和多个接触部164在布线结构160中可以具有三维(3D)连接关系，因此，例如仅示出了多个布线162和多个接触部164中的一些。在图3A和图3B中，示出了多个布线162没有连接到多个接触部164，但是，多个布线162中的一些可以彼此连接，或者多个布线162中的一些可以连接到多个接触部164中的一些。
输出电压Vout可以被提供给多个接触部164中的连接到第一杂质区142的接触部164，并且源极电压Vpix可以被提供给多个接触部164中的连接到第三杂质区146的接触部164。如图2所示，多个接触部164中的连接到埋入杂质区110的接触部164、多个接触部164中的连接到第四杂质区148的接触部164、以及源极跟随器栅极SF可以彼此电连接。
多个滤色器层190和设置在多个滤色器层190上的多个微透镜195可以形成在衬底层102的第二表面102b上，多个滤色器层190的至少一部分和与其对应的多个光感测器件PD重叠。
根据本发明构思的一些实施例的图像传感器10可以包括设置在具有SOI结构的基础衬底100上的源极跟随器栅极SF。因此，图像传感器10的像素尺寸可以减小，因此，尽管源极跟随器栅极SF的宽度减小，但是在由源极跟随器栅极SF构成的源极跟随器晶体管(图1的SFT)中可以减少或可以防止短沟道效应发生，从而提高跨导(gm)。
根据本发明构思的一些实施例的图像传感器10可以包括：浮动扩散区FD，其形成在具有SOI结构的基础衬底100中的衬底层102中，并且包括埋入杂质区110；以及转移栅极VTG，其设置在光感测器件PD与浮动扩散区FD之间，并且为竖直栅极。作为竖直栅极的转移栅极VTG可以延伸到在光感测器件PD的顶表面和包括埋入杂质区110的浮动扩散区FD的底表面之间的、衬底层102的内部。因此，虽然图像传感器10包括具有SOI结构的基础衬底100，但电荷可容易地在光感测器件PD与浮动扩散区FD之间转移，因此，图像传感器10的光检测性能可以得到增强。
在一些实施例中，根据本发明构思的一些实施例的图像传感器10可以作为双栅极操作，其中浮动扩散区FD和源极跟随器栅极SF在半导体层106之下和之上执行每个源极跟随器晶体管(图1的SFT)的栅极功能，因此，每个源极跟随器晶体管(图1的SFT)的跨导可以增强。
图4A和图4B是根据本发明构思的一些实施例的图像传感器10a的截面图。详细地，图4A和图4B是沿与图2的线a-a’和b-b’对应的部分截取的截面图。
参照图4A和图4B，图像传感器10a可以包括基础衬底100a，基础衬底100a包括衬底层102、埋入绝缘层104a和半导体层106。
基础衬底100可以包括SOI衬底。衬底层102可以包括彼此相对的第一表面102a和第二表面102b。埋入绝缘层104a可以设置在衬底层102和半导体层106之间。埋入绝缘层104a可以覆盖衬底层102的第一表面102a。
穿过半导体层106和埋入绝缘层104a并延伸到衬底层102的内部的多个竖直栅极孔VTGH可以形成在基础衬底100a中。覆盖半导体层106的顶表面的一部分和多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的内表面的栅极绝缘层122可以形成在基础衬底100上，并且栅极导电层124可以形成在栅极绝缘层122上。
埋入绝缘层104a可以具有第一厚度T1a。例如，第一厚度T1a可为约
Figure BDA0003510297240000141
至约
Figure BDA0003510297240000142
半导体层106可以具有大于第一厚度Tla的第二厚度T2。例如，第二厚度T2可为约
Figure BDA0003510297240000143
至约
Figure BDA0003510297240000144
栅极绝缘层122可以具有第三厚度T3，该第三厚度T3小于第一厚度T1a和第二厚度T2中的每一个。例如，第三厚度T3可为约
Figure BDA0003510297240000145
至约
Figure BDA0003510297240000146
根据本发明构思的一些实施例的图像传感器10a可以包括设置在基础衬底100a(其中衬底层102、埋入绝缘层104a和半导体层106构成S0I结构)的半导体层106上的源极跟随器栅极SF、以及与源极跟随器栅极SF电连接并形成在衬底层102中的浮动扩散区FD，因此，埋入绝缘层104a可以设置在源极跟随器栅极SF和浮动扩散区FD之间。
因此，尽管源极跟随器栅极SF的宽度减小，但在由源极跟随器栅极SF构成的源极跟随器晶体管(图1的SFT)中可以减少或防止短沟道效应发生，从而提高跨导。
此外，在根据本发明构思的一些实施例的图像传感器10a中，每个竖直栅极孔VTGH可以延伸到在光感测器件PD的顶表面和埋入杂质区110的底表面之间的、衬底层102的内部，因此，可以增强图像传感器10a的光检测性能。
图5A是根据本发明构思的一些实施例的图像传感器10b的主要部分的平面布局，图5B是根据本发明构思的一些实施例的图像传感器的截面图。详细地，图5B是沿与图5A的线b-b’对应的部分截取的截面图。
参照图5A和图5B，图像传感器10b可以包括基础衬底100，基础衬底100包括衬底层102、埋入绝缘层104和半导体层106。埋入绝缘层104可以具有第一厚度T1(例如，图3A中的第一厚度T1)。例如，第一厚度T1可为约
Figure BDA0003510297240000147
至约
Figure BDA0003510297240000148
半导体层106可具有大于第一厚度T1的第二厚度T2(例如，图3A中的第二厚度T2)。例如，第二厚度T2可为约
Figure BDA0003510297240000151
至约
Figure BDA0003510297240000152
多个光感测器件PD可在衬底层102中彼此分开地、并且与衬底层102的第一表面102a相邻地形成。像素分离区150可以在衬底层102中围绕多个光感测器件PD中的每一个。可以在衬底层102的上部(即，与第一表面102a相邻的部分)形成埋入杂质区110。
穿过半导体层106和埋入绝缘层104并延伸到衬底层102的内部的多个竖直栅极孔VTGH可以形成在基础衬底100中。覆盖半导体层106的顶表面的一部分和多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的内表面的栅极绝缘层122可以形成在基础衬底100上，并且栅极导电层124a可以形成在栅极绝缘层122上。栅极绝缘层122可以具有小于第二厚度T2的第三厚度T3(例如，图3A中的第三厚度T3)。例如，第三厚度T3可为约
Figure BDA0003510297240000153
至约
Figure BDA0003510297240000154
在一些实施例中，第一厚度T1和第三厚度T3可以具有基本相同的值。栅极导电层124a可以填充多个竖直栅极孔VTGH。
栅极导电层124a的彼此分开的部分可以包括多个转移栅极VTG、复位栅极RG和选择栅极SEL。多个转移栅极VTG可以是栅极导电层124a的、填充多个竖直栅极孔VTGH并设置在栅极绝缘层122上的部分。复位栅极RG和选择栅极SEL可以分别是栅极导电层124a的、设置在栅极绝缘层122的覆盖半导体层106的顶表面的部分上的不同部分。
与图2、图3A和图3B所示的图像传感器10不同，图5A和图5B所示的图像传感器10b可以不包括单独的源极跟随器栅极SF，并且作为浮动扩散区FD的埋入杂质区110可以执行源极跟随器栅极SF的功能。因此，在根据本发明构思的一些实施例的图像传感器10b中，尽管像素尺寸减小，但可以充分确保转移栅极VTG、复位栅极RG和选择栅极SEL中至少一个的宽度，因此，可以增强转移晶体管(图1的TT)、复位晶体管(图1的RT)和选择晶体管(图1的SEL)中的至少一个晶体管的栅极的跨导。
图6是根据本发明构思的一些实施例的图像传感器10c的截面图。详细地，图6是沿与图2的线a-a’对应的部分截取的截面图，沿与图2的线b-b’对应的部分截取的截面图可基本上与图3B相同，因此可以省略重复的描述。
参照图6和图3B，图像传感器10c可以包括基础衬底100，基础衬底100包括衬底层102、埋入绝缘层104和半导体层106。衬底层102可以包括彼此相对的第一表面102a和第二表面102b。埋入绝缘层104可以设置在衬底层102和半导体层106之间。埋入绝缘层104可以覆盖衬底层102的第一表面102a。
多个光感测器件PD可在衬底层102中彼此分开地、并且与衬底层102的第一表面102a相邻地形成。像素分离区150可以在衬底层102中围绕多个光感测器件PD中的每一个。可以在衬底层102的上部(即，与第一表面102a相邻的部分)形成埋入杂质区110。
穿过半导体层106和埋入绝缘层104并延伸到衬底层102的内部的多个竖直栅极孔VTGHa可以形成在基础衬底100中。多个竖直栅极孔VTGHa可以延伸到多个光感测器件PD的内部。在一些实施例中，光感测器件PD的顶表面可以设置在第一竖直水平面LV1处，竖直栅极孔VTGHa的底表面可以设置在比第一竖直水平面LV1低的第二竖直水平面LV2a处。如本文所用，元件的顶表面是指面向与衬底层102的第一表面102a面向的方向相同的方向的表面。
覆盖半导体层106的顶表面的一部分和多个竖直栅极孔VTGHa中的每一个的内表面的栅极绝缘层122a可以形成在基础衬底100上，并且栅极导电层124b可以形成在栅极绝缘层122a上。栅极绝缘层122a可以共形地覆盖半导体层106的顶表面的一部分以及多个竖直栅极孔VTGHa中的每一个的内表面。栅极导电层124b可以填充多个竖直栅极孔VTGHa。
栅极导电层124b的彼此分开的部分可以包括多个转移栅极VTGa、复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL。多个转移栅极VTGa可以是栅极导电层124b的、填充多个竖直栅极孔VTGHa并设置在栅极绝缘层122a上的部分。
多个转移栅极VTGa中的每一个可以是穿过半导体层106和埋入绝缘层104并延伸到衬底层102的内部的竖直栅极，并且复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL中的每一个可以是不穿过半导体层106和埋入绝缘层104并且设置在栅极绝缘层122a的覆盖半导体层106的顶表面的部分上的平面栅极。在一些实施例中，多个转移栅极VTGa中的每一个可以穿过半导体层106和埋入绝缘层104，并且可以延伸到衬底层102的光感测器件PD。
多个转移栅VTGa中的每一个可以包括填充竖直栅极孔VTGHa的埋入部分TGPa、以及覆盖埋入部分TGPa并设置在竖直栅极孔VTGHa的外部的帽盖部分TGC。多个转移栅极VTGa中的每一个的帽盖部分TGC可以表示转移栅极VTGa的与栅极绝缘层122a的覆盖半导体层106的顶表面的部分的顶表面相比的上部，并且多个转移栅极VTGa中的每一个的埋入部分TGPa可以表示转移栅极VTGa的与栅极绝缘层122a的覆盖半导体层106的顶表面的部分的顶表面相比的下部。多个转移栅极VTGa中的每一个的埋入部分TGPa和帽盖部分TGC可以设置为一个整体。多个转移栅极VTGa中的每一个的帽盖部分TGC可以设置在与复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL相同的竖直水平面处。多个转移栅极VTGa中的每一个的帽盖部分TGC的水平宽度(例如，最宽的水平宽度)可以具有比埋入部分TGPa的最大水平宽度(即，最宽的水平宽度)大的值。
栅极间隔件130可以围绕栅极导电层124b的外围。例如，栅极间隔件130可以覆盖复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL中的每一个的侧壁。例如，栅极间隔件130可以覆盖多个转移栅极VTGa中的每一个的上部的一部分的侧壁。
根据本发明构思的一些实施例的图像传感器10b可以包括设置在具有SOI结构的基础衬底100上的源极跟随器栅极SF，因此，可以防止在由源极跟随器栅极SF构成的源极跟随器晶体管(图1的SFT)中出现短沟道效应，从而增强跨导。
根据本发明构思的一些实施例的图像传感器10c可以包括：浮动扩散区FD，其形成在具有SOI结构的基础衬底100中的衬底层102中，并且包括埋入杂质区110；以及转移栅极VTGa，其设置在光感测器件PD与浮动扩散区FD之间，并且为竖直栅极。作为竖直栅极的转移栅极VTGa可以延伸到在光感测器件PD的顶表面和埋入杂质区110的底表面之间的、衬底层102的内部，并且被栅极绝缘层122a和转移栅极VTGa填充的竖直栅极孔VTGHa可以延伸到光感测器件PD的内部。因此，虽然图像传感器10c包括具有SOI结构的基础衬底100，但电荷可容易地在光感测器件PD与浮动扩散区FD之间转移，因此，图像传感器10c的光检测性能可以得到增强。
图7是根据本发明构思的一些实施例的图像传感器10d的截面图.详细地，图7是沿与图2的线a-a’对应的部分截取的截面图，沿与图2的线b-b’对应的部分截取的截面图可基本上与图3B相同，因此可以省略重复的描述。
参照图7和图3B，图像传感器10d可以包括基础衬底100，基础衬底100包括衬底层102、埋入绝缘层104和半导体层106。衬底层102可以包括彼此相对的第一表面102a和第二表面102b。埋入绝缘层104可以设置在衬底层102和半导体层106之间。埋入绝缘层104可以覆盖衬底层102的第一表面102a。
多个光感测器件PD可在衬底层102中彼此分开地、并且与衬底层102的第一表面102a相邻地形成。像素分离区150可以在衬底层102中围绕多个光感测器件PD中的每一个。可以在衬底层102的上部(即，与第一表面102a相邻的部分)形成埋入杂质区110。
穿过半导体层106和埋入绝缘层104并延伸到衬底层102的内部的多个竖直栅极孔VTGH可以形成在基础衬底100中。在一些实施例中，光感测器件PD的顶表面可以设置在第一竖直水平面LV1处，竖直栅极孔VTGH的底表面可以设置在高于第一竖直水平面LV1的第二竖直水平面LV2处。
覆盖半导体层106的顶表面的一部分和多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的内表面的至少一部分的栅极绝缘层122b可以形成在基础基底100上，并且可以在栅极绝缘层122b上形成栅极导电层124c。栅极绝缘层122b可以共形地覆盖半导体层106的顶表面的一部分和多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的内表面的至少一部分。栅极导电层124c可以填充多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的一部分。
栅极导电层124c的彼此分开的部分可以包括多个转移栅极VTGb、复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL。多个转移栅极VTGb可以是栅极导电层124c的、填充多个竖直栅极孔VTGH的一部分并且设置在栅极绝缘层122b上的部分。
多个转移栅极VTGb中的每一个可以是穿过半导体层106和埋入绝缘层104并延伸到衬底层102的内部的竖直栅极，并且复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL中的每一个可以是不穿过半导体层106和埋入绝缘层104并且设置在栅极绝缘层122b的覆盖半导体层106的顶表面的部分上的平面栅极。
多个转移栅极VTGb、复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL中的每一个的顶表面可以设置在相同的竖直水平面处，并且多个转移栅极VTGb中的每一个的底表面可以设置在比复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL中的每一个的底表面低的竖直水平面处。
栅极间隔件130a可以围绕栅极导电层124c的外围。例如，栅极间隔件130a可以覆盖复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL中的每一个的侧壁。例如，栅极间隔件130a可以覆盖多个转移栅极VTGb中的每一个的上部的一部分的侧壁，并且可以延伸到多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的内部。例如，栅极间隔件130a可以覆盖多个转移栅极VTGb中的每一个的上部的一部分的侧壁，并且可以填充间隙部分(例如，图15的GP)，该间隙部分是多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的另一部分(即，多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的、未被栅极绝缘层122b和栅极导电层124c填充的部分)。
栅极间隔件130a可以包括：间隔衬垫层132a，其共形地覆盖栅极导电层124c的侧壁和栅极绝缘层122b的与栅极导电层124c相邻的部分；以及间隔绝缘层134，其覆盖间隔衬垫层132a。在一些实施例中，间隔衬垫层132a可以包括填充部分132F，填充部分132F填充多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的间隙部分(例如，图15的GP)。多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的间隙部分(例如，图15的GP)可由间隔衬垫层132a的填充部分132F填充。
栅极间隔件130a的最下端可以设置在高于第二竖直水平面LV2的第三竖直水平面LV3处。在一些实施例中，第三竖直水平面LV3可以设置在比衬底层102的第一表面102a低的竖直水平面处。
在一些实施例中，多个转移栅极VTGb中的每一个的比第三竖直水平面LV3高的部分可以沿竖直方向(Z方向)具有基本相同的水平宽度，多个转移栅极VTGb中的每一个的比第三竖直水平面LV3低的部分可以具有锥形形状，其中其水平宽度在从其上侧到其下侧的方向上变窄。例如，栅极间隔件130a可以覆盖多个转移栅极VTGb中的每一个的比第三竖直水平面LV3高的部分的侧壁。
在根据本发明构思的一些实施例的图像传感器10d中，转移栅极VTGb的水平宽度可以具有相对小的值，因此，可以减小或最小化由于转移栅极VTGb而产生的寄生电容，从而增强图像传感器10d的操作特性。
图8A至图13B是示出根据本发明构思的一些实施例的制造图像传感器的方法的截面图。详细地，图8A至图13B是示出制造图2、图3A和图3B中所示的图像传感器10的方法的截面图，图8A、图9A、图10A、图11A、图12A和图13A是沿与图2的线a-a’对应的部分截取的截面图，图8B、图9B、图10B、图11B、图12B和图13B是沿与图2的线b-b’对应的部分截取的截面图。
参照图8A和图8B，可以制备包括彼此相对的第一表面102a和第二表面102b的衬底层102，然后，可以形成覆盖衬底层102的第一表面102a的埋入绝缘层104。随后，可以在衬底层102中形成多个光感测器件PD和埋入杂质区110。在一些实施例中，可以通过执行离子注入工艺将具有第二导电类型的杂质注入到衬底层102中，从而可以形成多个光感测器件PD和埋入杂质区110。
衬底层102可以基于具有第一导电类型的半导体衬底形成。在一些实施例中，衬底层102可以包括p型半导体衬底。埋入绝缘层104可以形成为具有第一厚度T1。例如，第一厚度T1可为约
Figure BDA0003510297240000201
至约
Figure BDA0003510297240000202
多个光感测器件PD可以与衬底层102的第一表面102a相邻地、并且在衬底层102中彼此分开地形成。每个光感测器件PD可以是具有第二导电类型的杂质区，其通过注入具有第二导电类型的杂质形成。例如，每个光感测器件PD可以形成为n型杂质区。
埋入杂质区110可以形成在衬底层102的上部(即，与第一表面102a相邻的部分)。在一些实施例中，埋入杂质区110可以形成为从衬底层102的第一表面102a向衬底层102的内部延伸。在一些实施例中，埋入杂质区110的顶表面可以与衬底层102的第一表面102a分开。埋入杂质区110可以是通过注入具有第二导电类型的杂质形成的、具有第二导电类型的杂质区。例如，埋入杂质区110可以形成为n型杂质区。埋入杂质区110的底表面可以设置在比光感测器件PD的顶表面高的竖直水平面处。
参照图9A和图9B，可以在埋入绝缘层104上形成半导体层106，从而可以形成包括衬底层102、埋入绝缘层104和半导体层106的基础衬底100。在一些实施例中，可以通过生长和/或沉积来在埋入绝缘层104上形成半导体层106。半导体层106可以形成为具有大于第一厚度T1的第二厚度T2。例如，第二厚度T2可为约
Figure BDA0003510297240000211
至约
Figure BDA0003510297240000212
在一些实施例中，与图8A和图8B的描述不同，可以首先制备包括衬底层102、埋入绝缘层104和半导体层106的基础衬底100，然后，可以在衬底层102中形成多个光感测器件PD和埋入杂质区110。例如，半导体层106可以通过将单独形成的半导体材料层附着在衬底层102上并使埋入绝缘层104介于它们之间来形成。
参照图10A和图10B，可以形成穿过半导体层106和埋入绝缘层104并延伸到衬底层102的内部的多个竖直栅极孔VTGH。多个竖直栅极孔VTGH可以形成为不延伸到光感测器件PD。例如，多个竖直栅极孔VTGH中的每一个可以形成为使得其底表面设置在第二竖直水平面LV2处，该第二竖直水平面LV2高于第一竖直水平面LV1，光感测器件PD的顶表面设置在第一竖直水平面LV1处。在一些实施例中，第二竖直水平面LV2在竖直方向(Z方向)上可以比第一竖直水平面LV1高约
Figure BDA0003510297240000213
至约
Figure BDA0003510297240000214
覆盖半导体层106的顶表面和多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的内表面的初步栅极绝缘层122P可以形成在形成有多个竖直栅极孔VTGH的基础衬底100上。初步栅极绝缘层122P可以形成为共形地覆盖半导体层106的顶表面和多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的内表面。初步栅极绝缘层122P可以形成为具有小于第二厚度T2的第三厚度T3。例如，第三厚度T3可为约
Figure BDA0003510297240000221
至约
Figure BDA0003510297240000222
在一些实施例中，第一厚度T1和第三厚度T3可以具有基本相同的值。
参照图10A至图11B，可以形成覆盖初步栅极绝缘层122P并填充多个竖直栅极孔VTGH的初步栅极导电材料层，然后，可以通过对初步栅极导电材料层进行图案化来形成栅极导电层124。栅极导电层124可以包括掺杂多晶硅、金属、金属硅化物、金属氮化物和含金属膜中的至少一种。
在一些实施例中，在对初步栅极导电材料层进行图案化以形成栅极导电层124的工艺中，可以仅保留初步栅极绝缘层122P的在竖直方向(Z方向)上与栅极导电层124重叠的部分作为栅极绝缘层122，并且可以去除其他部分。例如，栅极绝缘层122可以设置在基础衬底100和栅极导电层124之间。栅极绝缘层122可以在竖直方向上全部与栅极导电层124重叠。在一些实施例中，栅极导电层124在竖直方向上与整个栅极绝缘层122重叠。
栅极导电层124的彼此分开的部分可以包括多个转移栅极VTG、复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL。多个竖直栅极孔VTGH可以被多个转移栅极VTG填充。多个转移栅极VTG可以是栅极导电层124的、填充多个竖直栅极孔VTGH并设置在栅极绝缘层122上的部分。
多个杂质区142、144、146和148可以在半导体层106中在选择栅极SEL、源极跟随器栅极SF和复位栅极RG的相对侧形成。在一些实施例中，多个杂质区142、144、146和148可以各自为具有第二导电类型的杂质区，其通过离子注入工艺将具有第二导电类型的杂质注入到半导体层106中形成。例如，多个杂质区142、144、146和148可以各自形成为n型杂质区。
多个杂质区142、144、146和148可以包括第一杂质区142、第二杂质区144、第三杂质区146和第四杂质区148。例如，在第一水平方向(X方向)上，第一杂质区142和第二杂质区144可以在半导体层106中在选择栅极SEL的相应的相对侧形成，第二杂质区144和第三杂质区146可以在半导体层106中在源极跟随器栅极SF的相应的相对侧形成，第三杂质区146和第四杂质区148可以在半导体层106中在复位栅极RG的相应的相对侧形成。
随后，可以形成覆盖栅极导电层124的间隔材料层，然后通过仅去除一部分间隔材料层，可以形成围绕栅极导电层124的外围的栅极间隔件130。例如，栅极间隔件130可以形成为覆盖复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL中的每一个的侧壁。例如，栅极间隔件130可以覆盖转移栅极VTG的上部的一部分的侧壁。
间隔材料层可以包括：初步衬垫材料层，其共形地覆盖其中形成有栅极导电层124的基础衬底100；以及初步绝缘材料层，其覆盖初步衬垫材料层。例如，初步衬垫材料层可以包括氧化物，初步绝缘材料层可以包括氮化物。在一些实施例中，衬垫材料层可以包括氧化硅，绝缘材料层可以包括氮化硅。栅极间隔件130可以包括分别为初步衬垫材料层的一部分和初步绝缘材料层的一部分的间隔衬垫层132和间隔绝缘层134。栅极间隔件130可以设置在比半导体层106的竖直水平面更高的竖直水平面处，以不延伸到多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的内部。
参照图12A和图12B，可以形成围绕多个光感测器件PD中的每一个的外围的像素分离区150。在衬底层102中，像素分离区150可以形成为围绕多个光感测器件PD中的每一个的外围。在一些实施例中，可以形成从衬底层102的第二表面102b延伸到衬底层102的内部的分离凹槽，然后可以通过将分离材料填充到分离凹槽中来形成像素分离区150。例如，像素分离区150可以形成为与衬底层102的第一表面102a分开。像素分离区150可以形成为例如DTI。
在一些实施例中，像素分离区150可以包括折射率低于衬底层102中包括的材料的折射率的材料。例如，像素分离区150可以形成为使得氧化物或氮氧化物被填充到分离凹槽中或者氧化物、氮化物或氮氧化物被填充到分离凹槽中，并且使得空气被包含在分离凹槽中。
在一些实施例中，像素分离区150可以包括覆盖分离凹槽内表面的绝缘衬垫和覆盖绝缘衬垫并填充分离凹槽的埋入导电层。例如，绝缘衬垫可以包括例如氧化铪、氧化铝、氧化钽等金属氧化物，或者可以包括例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等绝缘材料，埋入导电层可以包括例如掺杂多晶硅、金属、金属硅化物、金属氮化物和含金属膜中的至少一种。
参照图13A和图13B，其中设置有栅极导电层124和栅极间隔件130的布线结构160可以形成在基础衬底100上。布线结构160可以形成在衬底层102的第一表面102a上。布线结构160可以形成为包括例如多个布线162、多个接触部164和层间绝缘层166。在一些实施例中，包括在布线结构160中的多个布线162可以形成为具有多层结构。多个接触部164可以形成为电连接到多个杂质区142、144、146和148中的至少一些以及埋入杂质区110。尽管未单独示出，但多个接触部164可以形成为连接到多个布线162中的一些或竖直连接多个布线162。
随后，如图2至图3B所示，可以在衬底层102的第二表面102b上形成至少一部分与光感测器件PD重叠的滤色层190和设置在滤色层190上的微透镜195，从而形成图像传感器10。
在图4A和图4B所示的图像传感器10a中，可以形成具有第一厚度T1a的埋入绝缘层104a，而不是在上面参考图8A至图13B描述的制造图像传感器10的方法中描述的形成具有第一厚度T1的埋入绝缘层104。
在图5A和图5B所示的图像传感器10b中，可以形成栅极导电层124a，而不是在上面参考图8A至图13B描述的制造图像传感器10的方法中描述的形成栅极导电层124。
图14是示出根据本发明构思的一些实施例的制造图像传感器的方法的截面图。详细地，图14是示出制造图6中所示的图像传感器10c的方法的截面图，图14是沿着与图2的线a-a’对应的部分截取的截面图。
参照图14，穿过半导体层106和埋入绝缘层104并延伸到衬底层102的内部的多个竖直栅极孔VTGHa可以形成在基础衬底100中。多个竖直栅极孔VTGHa可以形成为延伸到光感测器件PD。例如，多个竖直栅极孔VTGHa中的每一个可以形成为使得其底表面设置在第二竖直水平面LV2a处，该第二竖直水平面LV2a低于第一竖直水平面LV1，光感测器件PD的顶表面设置在第一竖直水平面LV1处。
覆盖半导体层106的顶表面和多个竖直栅极孔VTGHa中的每一个的内表面的初步栅极绝缘层122Pa可以形成在形成有多个竖直栅极孔VTGHa的基础衬底100上。初步栅极绝缘层122Pa可以形成为共形地覆盖半导体层106的顶表面和多个竖直栅极孔VTGHa中的每一个的内表面。
随后，图6所示的图像传感器10c可以通过以上参照图11A至图13B描述的制造方法形成。
图15是示出根据本发明构思的一些实施例的制造图像传感器的方法的截面图。详细地，图15是示出制造图7中所示的图像传感器10d的方法的截面图，图15是沿着与图2的线a-a’对应的部分截取的截面图。
参照图15，在执行以上参照图8A至图10B描述的制造方法之后，可以形成覆盖图10A和图10B所示的初步栅极绝缘层122P并填充多个竖直栅极孔VTGH的初步栅极导电材料层，然后，可以通过对初步栅极导电材料层进行图案化来形成栅极导电层124c。栅极导电层124c可以形成为填充多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的一部分。
在形成栅极导电层124c的过程中，可以仅保留初步栅极绝缘层122P的在竖直方向(Z方向)上与栅极导电层124c重叠的部分作为栅极绝缘层122b，并且可以去除其他部分。例如，栅极绝缘层122b可以设置在基础衬底100和栅极导电层124c之间。栅极绝缘层122b可以在竖直方向上全部与栅极导电层124c重叠。多个转移栅极VTGb可以是栅极导电层124c的、填充多个竖直栅极孔VTGH的局部部分并且设置在栅极绝缘层122b上的部分。
栅极绝缘层122b和栅极导电层124c可以仅填充多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的一部分，并且间隙部分GP可以形成在多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的未被栅极绝缘层122b和栅极导电层124c填充的部分处。间隙部分GP可以从多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的顶表面延伸到第三竖直水平面LV3。即，间隙部分GP的最下端可以设置在第三竖直水平面LV3处。第三竖直水平面LV3可以设置为在竖直方向(Z方向)上高于第二竖直水平面LV2。在一些实施例中，第三竖直水平面LV3可以设置在比衬底层102的顶表面(即，埋入绝缘层104的底表面)低的竖直水平面上。
多个转移栅极VTGb中的每一个的比第三竖直水平面LV3高的部分可以沿竖直方向(Z方向)具有基本相同的水平宽度，多个转移栅极VTGb中的每一个的比第三竖直水平面LV3低的部分可以具有锥形形状，其中其水平宽度在从其上侧到其下侧的方向上(即，朝向光感测器件PD)变窄。
随后，可以通过以上参照图11A和图11B描述的制造栅极间隔件130的方法形成栅极间隔件130a。栅极绝缘层122b和栅极导电层124c可以仅填充多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的一部分，并且可以形成栅极间隔件130a以填充多个竖直栅极孔VTGH中的每一个的所有其他部分(即，间隙部分GP)。
栅极间隔件130a的最下端可以形成为设置在高于第二竖直水平面LV2的第三竖直水平面LV3处。栅极间隔件130a可以包括：间隔衬垫层132a，其共形地覆盖栅极导电层124c的侧壁和栅极绝缘层122b的与栅极导电层124c相邻的部分；以及间隔绝缘层134，其覆盖间隔衬垫层132a。在一些实施例中，间隔衬垫层132a可以形成为填充所有的间隙部分GP。
随后，图7所示的图像传感器10d可以通过以上参照图12A至图13B描述的制造方法形成。
图16是示出根据本发明构思的一些实施例的图像传感器1100的结构的框图。
参照图16，图像传感器1100可以包括像素阵列1110、控制器1130、行驱动器1120和像素信号处理器1140。图像传感器1100可以包括以上参照图1至图15描述的图像传感器1、10、10a、10b、10c和10d中的至少一个。
像素阵列1110可以包括二维布置的多个单位像素，并且每个单位像素可以包括光感测器件。光感测器件可以吸收光以产生电荷，并且基于产生的电荷的电信号(输出电压)可以通过竖直信号线提供给像素信号处理器1140。包括在像素阵列1110中的多个单位像素中的每一个可以以行为单位一次提供一个输出电压，因此，可以通过从行驱动器1120输出的选择信号同时激活包括在像素阵列1110的一行中的单位像素。包括在选定行中的单位像素可以基于吸收的光向列的输出线提供输出电压。
控制器1130可以控制行驱动器1120使得像素阵列1110吸收光以累积电荷，所累积的电荷被临时存储，基于所存储的电荷的电信号被输出到像素阵列1110的外部。此外，控制器1130可以控制像素信号处理器1140测量由像素阵列1110提供的输出电压。
像素信号处理器1140可以包括相关双采样器(CDS)1142、模数转换器(ADC)1144和缓冲器1146。相关双采样器1142可以采样并保持由像素阵列1110提供的输出电压。相关双采样器1142可以对特定噪声电平和基于产生的输出电压的电平进行采样，以输出与它们之间的差对应的电平。此外，相关双采样器1142可以接收由斜坡信号发生器1148产生的斜坡信号，并且可以将斜坡信号与该电平进行比较以输出比较结果。ADC 1144可以将与从相关双采样器1142接收到的电平对应的模拟信号转换为数字信号。缓冲器1146可以锁存数字信号，并且锁存的信号可以被依次输出到图像传感器1100的外部并且可以被传送到图像处理器。
如本文所用，“覆盖”或“围绕”或“填充”另一元件或区域的元件或区域可以完全或部分地覆盖或围绕或填充另一元件或区域。
尽管已经参考本发明构思的示例实施例具体示出和描述了本发明构思，但是应当理解，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。

Claims (20)

1.一种图像传感器，包括：
基础衬底，包括：具有第一导电类型的衬底层、位于所述衬底层上的半导体层、以及位于所述衬底层与所述半导体层之间的埋入绝缘层；
光感测器件，位于所述衬底层中，所述光感测器件包括杂质区，所述杂质区具有与所述第一导电类型不同的第二导电类型；
埋入杂质区，与所述光感测器件间隔开，位于所述衬底层中，并且与所述埋入绝缘层相邻，所述埋入杂质区包括具有所述第二导电类型的杂质区；
转移栅极，包括：延伸穿过所述半导体层和所述埋入绝缘层并且延伸到所述衬底层的一部分中的竖直栅极，其中，所述衬底层的所述一部分位于所述光感测器件和所述埋入杂质区之间；以及
平面栅极，位于所述半导体层上。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述转移栅极的至少一部分在竖直方向上与所述光感测器件的一部分重叠。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述转移栅极在所述竖直方向上不与所述埋入杂质区重叠。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述转移栅极在竖直方向上与所述光感测器件间隔开第一距离，并且所述埋入杂质区在所述竖直方向上与所述光感测器件间隔开比所述第一距离长的第二距离。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述转移栅极延伸到所述光感测器件中。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述平面栅极包括多个平面栅极，所述多个平面栅极彼此间隔开并且包括复位栅极、源极跟随器栅极和选择栅极，以及
所述源极跟随器栅极的至少一部分在竖直方向上与所述埋入杂质区的一部分重叠。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，所述源极跟随器栅极电连接到所述埋入杂质区。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括位于所述衬底层和所述平面栅极之间的栅极绝缘层，
其中，所述埋入绝缘层的厚度与所述栅极绝缘层的厚度相等。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括位于所述衬底层和所述平面栅极之间的栅极绝缘层，
其中，所述埋入绝缘层的厚度大于所述栅极绝缘层的厚度。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述转移栅极包括：
埋入部分，位于竖直栅极孔中，所述竖直栅极孔延伸穿过所述半导体层和所述埋入绝缘层并且位于所述衬底层中；以及
帽盖部分，位于所述竖直栅极孔的外部并且与所述埋入部分设置为一体，其中，所述帽盖部分在水平方向上的最宽宽度大于所述埋入部分在所述水平方向上的最宽宽度。
11.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述转移栅极包括：埋入部分，位于竖直栅极孔中，所述竖直栅极孔延伸穿过所述半导体层和所述埋入绝缘层并且位于所述衬底层中；以及帽盖部分，位于所述竖直栅极孔的外部，以及
其中，所述图像传感器还包括：栅极间隔件，位于所述转移栅极的所述帽盖部分的侧壁上，并且在所述转移栅极的所述埋入部分和所述衬底层之间延伸。
12.一种图像传感器，包括：
基础衬底，包括：具有第一导电类型的衬底层、位于所述衬底层上的半导体层、以及将所述衬底层与所述半导体层分隔开的埋入绝缘层；
多个光感测器件，在所述衬底层中彼此间隔开，所述多个光感测器件各自包括杂质区，所述杂质区具有与所述第一导电类型不同的第二导电类型；
埋入杂质区，位于所述衬底层中，并且在平面图中与所述多个光感测器件间隔开以在所述多个光感测器件之间在第一方向上延伸，所述埋入杂质区包括具有所述第二导电类型并且与所述埋入绝缘层相邻的杂质区；
多个转移栅极，延伸穿过所述半导体层和所述埋入绝缘层并且位于所述衬底层中，其中，所述多个转移栅极中的每一个转移栅极位于所述多个光感测器件中的相应的一个光感测器件与所述埋入杂质区之间，在竖直方向上与所述多个光感测器件中的所述相应的一个光感测器件重叠，并且在所述竖直方向上不与所述埋入杂质区重叠；以及
多个平面栅极，在与所述第一方向不同的第二方向上在所述半导体层上彼此间隔开。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，所述衬底层包括面向所述埋入绝缘层的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，
所述多个光感测器件包括面向所述埋入绝缘层的相应的顶表面，并且所述多个转移栅极包括位于所述衬底层中的相应的底表面，以及
所述衬底层的所述第一表面更靠近所述多个转移栅极的所述底表面，而不是更靠近所述多个光感测器件的所述顶表面。
14.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，所述衬底层包括面向所述埋入绝缘层的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，
所述多个光感测器件包括面向所述埋入绝缘层的相应的顶表面，并且所述多个转移栅极包括位于所述衬底层中的相应的底表面，以及
所述衬底层的所述第一表面更靠近所述多个光感测器件的所述顶表面，而不是更靠近所述多个转移栅极的所述底表面。
15.根据权利要求12所述的图像传感器，还包括多个栅极间隔件，其中，所述多个栅极间隔件中的第一栅极间隔件位于所述多个转移栅极的一部分的相应的侧表面上，所述多个栅极间隔件中的第二栅极间隔件位于所述多个平面栅极的相应的侧表面上。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述多个栅极间隔件中的所述第一栅极间隔件中的每一个第一栅极间隔件在所述基础衬底与所述多个转移栅极中的相应的一个转移栅极之间延伸。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述多个栅极间隔件中的所述第一栅极间隔件中的每一个第一栅极间隔件在所述衬底层与所述多个转移栅极中的所述相应的一个转移栅极之间延伸。
18.一种图像传感器，包括：
基础衬底，包括具有第一导电类型的衬底层、位于所述衬底层上的半导体层、以及将所述衬底层与所述半导体层分隔开的埋入绝缘层，其中，所述衬底层包括面向所述埋入绝缘层的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
多个光感测器件，在所述衬底层中彼此间隔开，并且沿着第一水平方向和与所述第一水平方向垂直的第二水平方向布置，所述多个光感测器件各自包括杂质区，所述杂质区具有与所述第一导电类型不同的第二导电类型；
埋入杂质区，位于所述衬底层中，并且在平面图中与所述多个光感测器件间隔开以在所述多个光感测器件之间在所述第二水平方向上延伸，所述埋入杂质区包括具有所述第二导电类型并且与所述埋入绝缘层相邻的杂质区；
多个转移栅极，延伸穿过所述半导体层和所述埋入绝缘层并且位于所述衬底层中，其中，所述多个转移栅极中的每一个转移栅极位于所述多个光感测器件中的相应的一个光感测器件与所述埋入杂质区之间，在竖直方向上与所述多个光感测器件中的所述相应的一个光感测器件重叠，并且在所述竖直方向上不与所述埋入杂质区重叠；
多个平面栅极，在所述第一水平方向上在所述半导体层上彼此间隔开；
多个杂质区，位于所述半导体层中，并且与所述多个平面栅极的相应的侧表面相邻；
多个滤色层，位于所述衬底层的所述第二表面上，所述多个滤色层中的每一个滤色层的至少一部分在所述竖直方向上与所述多个光感测器件中的对应的光感测器件重叠；以及
多个微透镜，分别位于所述多个滤色层上。
19.根据权利要求18所述的图像传感器，其中，所述多个平面栅极包括复位栅极、源极跟随器栅极和选择栅极，
所述源极跟随器栅极的至少一部分在所述竖直方向上与所述埋入杂质区的一部分重叠，以及
所述源极跟随器栅极电连接到所述埋入杂质区，并且被配置为作为双栅极操作。
20.根据权利要求19所述的图像传感器，还包括：栅极绝缘层，位于所述衬底层和所述多个转移栅极之间，并且位于所述衬底层和所述多个平面栅极之间，
其中，所述埋入绝缘层的厚度和所述栅极绝缘层的厚度分别为
Figure FDA0003510297230000051
至
Figure FDA0003510297230000052
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