CN118053885A - 图像传感器和制造图像传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及图像传感器和制造图像传感器的方法。一种图像传感器包括：衬底；垂直栅极，所述垂直栅极包括从所述衬底的顶部垂直延伸到所述衬底中的垂直延伸部和自所述垂直延伸部的顶部与所述衬底的顶表面平行地延伸的所述水平延伸部；光电二极管(PD)，所述PD在所述衬底内侧设置在所述垂直栅极之下；间隔物，所述间隔物设置在所述水平延伸部与所述衬底之间；以及栅极绝缘层。所述垂直延伸部的底表面和侧表面以及所述水平延伸部的底表面被所述栅极绝缘层覆盖，并且所述间隔物设置在所述衬底与所述水平延伸部的所述栅极绝缘层之间。

Description

图像传感器和制造图像传感器的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2022年11月16日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2022-0154018和于2023年2月3日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2023-0014900的优先权，该两个韩国专利申请的公开通过引用整体合并于此。
技术领域
本发明构思的实施例涉及图像传感器，并且尤其涉及包括垂直栅极结构的图像传感器。
背景技术
图像传感器将光学图像转换成电信号。随着计算机工业和通信工业的进步，在诸如(例如)数码相机、摄像机、个人通信系统(PC)、游戏装置、安全摄像机和医疗微型摄像机之类的各种领域中，对具有改进性能的图像传感器的需求一直在增加。可以通过将多个单位像素布置成二维阵列来配置图像传感器。通常，单位像素可以包括一个光电二极管和多个像素晶体管。这里，像素晶体管可以包括例如传输晶体管、复位晶体管、源极跟随器晶体管和选择晶体管。最近，随着像素大小的小型化，正在开发包括垂直栅极结构的图像传感器。
发明内容
本发明构思的实施例提供了可以在增加电荷传输效率的同时防止形成势峰的包括垂直栅极的图像传感器及其制造方法。
根据本发明构思的一方面，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：衬底；垂直栅极，所述垂直栅极包括垂直延伸部和水平延伸部，所述垂直延伸部从所述衬底的顶部垂直延伸到所述衬底中，所述水平延伸部自所述垂直延伸部的顶部与所述衬底的顶表面平行地延伸；发光二极管(PD)，所述PD在所述衬底内部设置在所述垂直栅极之下；间隔物，所述间隔物设置在所述水平延伸部与所述衬底之间；以及栅极绝缘层。所述垂直延伸部的底表面和侧表面以及所述水平延伸部的底表面被所述栅极绝缘层覆盖，并且所述间隔物设置在所述衬底与所述水平延伸部的栅极绝缘层之间。
根据本发明构思的一方面，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：衬底；双垂直栅极，所述双垂直栅极包括两个垂直延伸部以及连接部，所述两个垂直延伸部从所述衬底的顶部垂直延伸到所述衬底中并且在与所述衬底的顶表面平行的第一方向上彼此间隔开，所述连接部在所述衬底上将所述两个垂直延伸部彼此连接；光电二极管(PD)，所述PD在所述衬底内部设置在所述双垂直栅极之下；浮置扩散区(FD)区，所述FD区设置在所述衬底之上并且在与所述衬底的顶表面平行并且与所述第一方向垂直的第二方向上与所述双垂直栅极相邻；晶体管(TR)区，所述TR区与所述双垂直栅极周围的所述FD区相对地设置并且所述TR区中设置有至少一个晶体管；栅极绝缘层；以及间隔物，所述间隔物设置在所述连接部与所述衬底之间。所述两个垂直延伸部中的每一者的底表面和侧表面以及所述连接部的底表面被所述栅极绝缘层覆盖，并且所述间隔物设置在所述衬底与所述栅极绝缘层的覆盖所述连接部的部分之间。
根据本发明构思的一方面，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：衬底；双垂直栅极，所述双垂直栅极包括两个垂直延伸部以及连接部，所述两个垂直延伸部从所述衬底的顶部垂直延伸到所述衬底中并且在与所述衬底的顶表面平行的第一方向上彼此间隔开，所述连接部在所述衬底上将所述两个垂直延伸部彼此连接；光电二极管(PD)，所述PD在所述衬底内侧设置在所述双垂直栅极之下；一个浮置扩散(FD)区，所述一个FD区设置在所述衬底之上并且在与所述衬底的顶表面平行并且与所述第一方向垂直的第二方向上与所述双垂直栅极相邻；晶体管(TR)区，所述TR区与所述双垂直栅极周围的所述FD区相对地设置并且具有至少一个晶体管；栅极绝缘层；以及间隔物，所述间隔物设置在所述连接部与所述衬底之间。所述两个垂直延伸部中的每一者的底表面和侧表面以及所述连接部的底表面被所述栅极绝缘层覆盖，所述间隔物设置在所述衬底与所述栅极绝缘层的覆盖所述连接部的部分之间，并且所述图像传感器具有如下的共享像素结构，在所述共享像素结构中，包括所述PD的多个PD对应于所述一个FD区布置并且所述多个PD共享所述一个FD区。
根据本发明构思的一方面，提供了一种制造图像传感器的方法，所述方法包括：在衬底上形成衬底绝缘层；在所述衬底内部形成光电二极管(PD)；在所述衬底绝缘层上形成间隔物层；通过对所述间隔物层进行图案化来形成间隔物图案；通过使用所述间隔物图案作为蚀刻掩模蚀刻所述衬底的上部来形成沟槽；形成填充所述沟槽并且覆盖所述间隔物图案的导电层；以及通过对所述导电层进行图案化来形成双垂直栅极。所述双垂直栅极包括两个垂直延伸部以及连接部，所述两个垂直延伸部从所述衬底的顶部垂直延伸到所述衬底中并且在与所述衬底的顶表面平行的第一方向上彼此间隔开，所述连接部在所述衬底上将所述两个垂直延伸部彼此连接。
附图说明
通过参考附图详细地描述本发明构思的实施例，本发明构思的以上和其他特征将变得更清楚，在附图中：
图1是根据实施例的包括双垂直栅极的图像传感器的像素的电路图；
图2A和图2B分别是根据实施例的包括图1的双垂直栅极的图像传感器的平面图和截面图；
图3A、图3B、图4A和图4B是根据实施例的包括双垂直栅极的图像传感器的截面图；
图5是根据实施例的包括双垂直栅极的图像传感器的像素的电路图；
图6A至图6C分别是根据实施例的包括图5的双垂直栅极的图像传感器的平面图、放大平面图和截面图；
图7是根据实施例的包括单个垂直栅极的图像传感器的截面图；
图8A至图8H是示意性示出根据实施例的制造图2B的图像传感器的方法的操作的截面图；
图9A至图9C是示意性示出根据实施例的制造图3A的图像传感器的方法的操作的截面图；
图10A和图10B是示意性示出根据实施例的制造图4A的图像传感器的方法的操作的截面图；
图11是示出根据实施例的图像传感器的整体结构的框图；并且
图12是示出根据实施例的包括图像传感器的电子装置的结构的框图。
具体实施方式
下文中，将参考附图更充分地描述本发明构思的实施例。在整个附图中，类似的参考标号可以指代类似的元件。
图1是根据实施例的包括双垂直栅极的图像传感器的像素的电路图。
应该理解，在本文中使用术语“第一”、“第二”、“第三”等将一个元件与另一个区分开，并且元件不受这些术语限制。因此，实施例中的“第一”元件可以被描述为另一实施例中的“第二”元件。
应该理解，对每个实施例内的特征或方面的描述通常应该被认为可用于其他实施例中的其他类似特征或方面，除非上下文另外清楚指示。
如本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚指示。
为了方便描述，可以在本文中使用诸如“下方”、“下面”、“之下”、“下”、“上面”、“上”等的空间相对术语来描述如图中示出的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。应该理解，空间上相对的术语旨在除了包含附图中描绘的方位之外还涵盖使用或操作中装置的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下面”或“下方”或“下”的元件随后将被定向为在其他元件或特征“上方”。因此，示例术语“下面”和“下”可以涵盖上面和下面的两个方位。
应该理解，当诸如膜、区域、层等的部件被称为“位于”另一部件“上”、“连接到”另一部件、“联接到”另一部件、或“与”另一部件“相邻”时，它可以直接位于其他部件上、直接连接到其他部件、直接联接到其他部件、或与其他部件直接相邻，或者可以存在中间部件。还应该理解，当部件被称为“位于”两个部件“之间”时，它可以是该两个部件之间的唯一部件，或者还可以存在一个或更多个中间部件。还应该理解，当部件被称为“覆盖”另一部件时，它可以是覆盖其他部件的唯一部件，或者一个或更多个中间部件也可以在覆盖其他部件。用于描述部件之间关系的其他词语应该以类似的方式解释。
本文中，当两个或更多个元件或值被描述为彼此基本上相同或大约相等时，要理解，元件或值彼此相同，元件或值在测量误差内彼此相等，或者如果可测量地不相等，则其值足够接近以在功能上彼此相等，如本领域中的普通技术人员将理解的。例如，本文中使用的术语“约”包括考虑所讨论的测量和与特定量的测量关联的误差(例如，测量系统的限制)的由本领域中的普通技术人员确定的特定值的可接受偏差范围内的规定值和平均值。例如，“约”可以意指在一个或更多个标准偏差内，如本领域中的普通技术人员所理解的。另外，要理解，虽然参数在本文中可以被描述为具有“约”一定值，但根据示例性实施例，参数可以精确地是测量误差内的一定值或者近似于该值，如本领域中的普通技术人员将理解的。用于描述部件之间关系的其他术语和类似术语的其他使用应该以类似的方式解释。
参照图1，根据实施例的包括双垂直栅极的图像传感器(下文中称为‘图像传感器’100)包括可以布置成二维阵列结构的多个像素PX。例如，像素PX可以在x方向和y方向之间的两个对角线方向(即，第一对角线方向D1和第二对角线方向D2)上布置成二维阵列结构。具有二维阵列结构的像素PX可以构成有源像素传感器(APS)。
每个像素PX可以包括光电二极管PD、浮置扩散区FD和像素晶体管。像素晶体管可以包括例如传输晶体管TX、复位晶体管RX、源极跟随器晶体管SFX和选择晶体管SX。像素晶体管可以形成在衬底101(图2B)的前表面FS(图2B)上。像素晶体管可以通过接触连接到设置在衬底101的前表面FS上的布线层。
光电二极管PD可以产生并累积与外部入射光量成比例的电荷。例如，将光转换成电荷的元件通常被称为光电转换元件，并且光电二极管PD可以对应于一种类型的光电转换元件。然而，在根据实施例的图像传感器100中，布置在像素PX中的光电转换元件不限于光电二极管PD。例如，根据实施例，诸如光电晶体管、光电门、钉扎光电二极管及其组合之类的其他类型的光电转换元件可以设置在像素PX中。
在根据实施例的图像传感器100中，传输晶体管TX可以包括双垂直栅极110(图2B)。传输晶体管TX可以将由光电二极管PD产生的电荷传输到浮置扩散区FD。下面，参考图2A和图2B更详细地描述传输晶体管TX的双垂直栅极110的结构。
浮置扩散区FD可以接收并累积地存储由光电二极管PD产生的电荷。可以根据在浮置扩散区FD中累积的电荷量来控制源极跟随器晶体管SFX。复位晶体管RX可以周期性复位浮置扩散区FD中累积的电荷。复位晶体管RX的漏极可以连接到浮置扩散区FD，并且复位晶体管RX的源极可以连接到电源电压VDD。当复位晶体管RX导通时，与复位晶体管RX的源极连接的电源电压VDD可以被施加到浮置扩散区FD。因此，当复位晶体管RX导通时，浮置扩散区FD中累积的电荷可以被放电，因此浮置扩散区FD可以被复位。
源极跟随器晶体管SFX可以对应于源极跟随器缓冲放大器。换句话说，源极跟随器晶体管SFX可以根据浮置扩散区FD中的电荷量来放大电势变化，并且通过选择晶体管SX将与放大后的电势变化对应的电源电压VDD输出到输出线Vout。选择晶体管SX可以逐行地选择将要读取的像素PX。当选择晶体管SX导通时，施加到源极跟随器晶体管SFX的漏电极的电源电压VDD可以通过源极跟随器晶体管SFX和选择晶体管SX输出。
图2A和图2B分别是包括图1的双垂直栅极的图像传感器100的平面图和截面图。图2B是沿着图2A的线I-I'截取的截面图。下面参考图1给出图2A和图2B的描述，并且为了便于说明，可以仅简要给出或省略先前参考图1描述的部件和技术方面的进一步描述。
参照图2A和图2B，根据实施例的图像传感器100可以包括衬底101、双垂直栅极110、光电二极管120或PD、TR区130、浮置扩散区140或FD、以及间隔物150。
衬底101可以包括前表面FS和与前表面FS相对的后表面BS。布线层可以设置在衬底101的前表面FS上，并且光透射层可以设置在衬底101的后表面BS上。光透射层可以包括例如滤色器和微透镜。光可以通过衬底101的后表面BS上的光透射层入射到光电二极管120上。通常，其中布线层和光透射层布置在衬底101的彼此相对表面上的结构或图像传感器(例如，其中布线层设置在衬底101的前表面FS上并且光透射层设置在衬底101的后表面BS上的结构)被称为背面照明(BSI)结构或BSI图像传感器。相反，其中布线层和光透射层一起布置在衬底101的同一表面(例如，衬底101的前表面FS)上的结构被称为前面照明(FSI)结构或FSI图像传感器。
衬底101可以是其中第一导电类型(例如，p型)的外延层生长在第一导电类型的体硅衬底上的衬底。根据实施例，衬底101可以仅包括外延层，并且可以去除所有体硅衬底部分。根据实施例，衬底101可以是包括第一导电类型的阱的体硅衬底。或者，根据实施例，衬底101可以包括各种类型的衬底，如包括第二导电类型(例如，n型)的外延层的衬底和绝缘体上硅(SOI)衬底。
衬底101可以包括由像素隔离结构170限定的多个像素PX。在图2A中，被像素隔离结构170围绕的部分可以对应于一个像素PX。如上所述，像素PX可以在第一对角线方向D1和第二对角线方向D2上布置成二维阵列结构，由此构成APS。
像素隔离结构170可以防止当光入射到特定像素PX上时产生的电荷进入相邻像素PX。换句话说，像素隔离结构170可以防止或减少相邻像素PX之间的串扰。当从上方观察时，像素隔离结构170具有格子状形状，并且可以完全围绕每个像素PX。像素隔离结构170可以从衬底101的前表面FS延伸到后表面BS并且穿透衬底101。
像素隔离结构170可以包括中部导电层和外部绝缘层。中部导电层设置在像素隔离结构170的中部部分中，并且可以包括例如掺杂有杂质的多晶硅。地电压或负电压可以被施加到中部导电层。在地电压或负电压被施加到中部导电层时，由像素PX产生的正电荷可以被感应为中部导电层的电压并且通过地接触被去除。结果，可以通过像素隔离结构170的中部导电层来增强图像传感器100的暗电流特性。外绝缘层可以通过围绕中部导电层而设置在像素隔离结构170的外部中。外绝缘层可以使中部导电层与衬底101绝缘。外绝缘层可以包括例如氧化硅层、氮氧化硅层或氮化硅层。
根据一些实施例，掩埋层可以设置在中部导电层内部。掩埋层可以通过抵消在高温工艺期间施加到衬底101的拉伸应力来防止像素隔离结构170中形成空隙并且防止衬底101翘曲。因此，掩埋层可以包括具有与中部导电层的热膨胀系数不同的热膨胀系数的材料。例如，掩埋层可以包括金属氧化物、金属氮化物、金属或其组合。或者，掩埋层可以包括如SiCN、SiON或SiOC这样的硅化合物。
可以通过在衬底101中形成深沟槽并且用绝缘材料和导电材料填充该沟槽来形成像素隔离结构170。因此，像素隔离结构170也可以被称为深沟槽隔离(DTI)结构。根据沟槽是形成在衬底101的前面还是后面中，像素隔离结构170可以被分类为前面DTI(FDTI)结构或背面DTI(BDTI)结构。另外，像素隔离结构170可以根据沟槽的形状而具有各种形状。例如，根据实施例，像素隔离结构170可以不完全穿透衬底101。另外，像素隔离结构170可以具有穿透设置在衬底101的前表面FS上的器件隔离层175(参照图3B)的结构或接触器件隔离层175的底表面而不穿透器件隔离层175的结构。
如上所述，光电二极管120可以与入射通过衬底101的后表面BS的光的强度(即，入射光的量)成比例地产生并累积电荷。光电二极管120可以包括例如掺杂有第一导电类型(例如，p型)的杂质的第一杂质区和掺杂有第二导电类型(例如，n型)的杂质的第二杂质区。第一杂质区和第二杂质区可以构成p-n结。根据一些实施例，衬底101可以用作第一杂质区。在这种情况下，衬底101和第二杂质区可以在没有单独的第一杂质区的情况下构成光电二极管120。光电二极管120可以在衬底101内部设置在每个像素PX的中心部分处。例如，如图2B中所示，光电二极管120可以设置在衬底101的在传输晶体管TX的双垂直栅极110下方的部分中。
限定有源区的器件隔离层175可以设置在衬底101的前表面FS上。这里，有源区可以包括布置有双垂直栅极110和FD区140的区域、布置有TR区130和地接触160的区域等。在图2A中，像素PX内部的由实线包围的部分可以对应于有源区。
器件隔离层175的底表面可以与光电二极管PD间隔开。器件隔离层175的深度可以小于像素隔离结构170的深度。器件隔离层175可以是例如浅沟槽隔离(STI)层。像素隔离结构170可以与器件隔离层175的一部分交叠。例如，像素隔离结构170可以穿透器件隔离层175并且延伸。
当从上方观察时，在像素PX内，FD区140可以设置在y方向上的左侧，并且TR区130可以设置在y方向上的右侧。例如，FD区140可以设置在y方向上的左侧，以与双垂直栅极110相邻。另外，地接触160可以设置在x方向上的右侧。根据实施例，TR区130具有L状形状，但TR区130的形状不限于此。例如，TR区130可以具有在第一对角线方向D1上延伸的线形。
衬底绝缘层105可以设置在衬底101的前表面FS上。衬底绝缘层105可以包括诸如(例如)热氧化物、氧化硅(SiO)或氧化铝(AlO)之类的氧化物层。衬底绝缘层105可以具有例如约10nm或更小的厚度。然而，衬底绝缘层105的材料和厚度不限于上述的材料和厚度。可以通过例如原子层沉积(ALD)工艺或热氧化工艺来形成衬底绝缘层105。
间隔物150可以设置在衬底绝缘层105上。间隔物150可以包括例如氮化物层、氧化物层或氮氧化物层。例如，间隔物150可以包括氮化硅层。间隔物150可以在z方向上具有约10nm或更大的厚度。例如，间隔物150可以具有从约50nm至约300nm的厚度。然而，间隔物150的厚度不限于上述值。
间隔物150可以包括设置在双垂直栅极110内侧的内间隔物150i和设置在双垂直栅极110外侧的外间隔物150o1。例如，内间隔物150i可以设置在双垂直栅极110的连接部114下方。另外，外间隔物150o1可以设置在衬底101的在x方向上在双垂直栅极110外侧的一部分上。根据实施例，外间隔物150o1也可以设置在衬底101的在y方向上在双垂直栅极110外侧的部分上。
在根据实施例的图像传感器100中，间隔物150可以被设置为去除传输晶体管TX的双垂直栅极110的势峰。随着间隔物150的厚度增加，双垂直栅极110的垂直延伸部112的长度可以增加。因此，可以考虑到双垂直栅极110的垂直延伸部112的长度和去除势峰的效果来确定间隔物150的厚度。下面，参考传输晶体管TX的描述更详细地描述间隔物150和去除势峰的效果。
传输晶体管TX可以包括双垂直栅极110。这里，当考虑晶体管的功能方面时，双垂直栅极110、光电二极管120或衬底101的包括光电二极管120的部分、以及FD区140或衬底101的包括FD区140的部分可以构成传输晶体管TX。换句话说，光电二极管120和FD区140可以分别构成传输晶体管TX的源极和漏极。
双垂直栅极110可以包括多晶硅。然而，双垂直栅极110的材料不限于多晶硅。例如，双垂直栅极110可以具有包括阻挡膜和至少一个金属层的多层结构。双垂直栅极110可以包括两个垂直延伸部112和连接部114。两个垂直延伸部112可以均穿透间隔物150，垂直延伸到衬底101中，并且在x方向上彼此间隔开。这里，垂直方向可以是指与衬底101的顶表面垂直的z方向。连接部114可以将间隔物150的顶表面上的两个垂直延伸部112彼此连接。本文中，为了说明，将垂直延伸部112与连接部114区分开，并且垂直延伸部112和连接部114可以包括相同的材料并且彼此一体化。例如，垂直延伸部112和连接部114可以由多晶硅一体地形成。
如图2A中所示，双垂直栅极110的水平截面可以具有矩形形状。矩形形状可以对应于在z方向上比连接部114的底表面高的高度处的双垂直栅极110的水平截面的形状。在z方向上比连接部114的底表面低的高度的情况下，双垂直栅极110的水平截面可以具有垂直延伸部112的两个小矩形在x方向上彼此间隔开的形状。
垂直延伸部112的底表面和侧表面以及连接部114的底表面可以被栅极绝缘层115围绕。例如，栅极绝缘层115可以设置在垂直延伸部112与衬底101之间、垂直延伸部112与间隔物150之间、连接部114与间隔物150之间、以及间隔物150的在x方向上在双垂直栅极110外侧的顶表面上。
在根据实施例的图像传感器100中，间隔物150设置在衬底101上，并且双垂直栅极110设置在间隔物150上，因此，可以防止由于栅极的弯曲部BP导致的有源区的边缘AE处的场集中而引起的势峰。例如，考虑没有间隔物的双垂直栅极结构，双垂直栅极的连接部可以直接设置在衬底的有源区上方并且栅极绝缘层设置在其间。另外，双垂直栅极的垂直延伸部可以在z方向上直接延伸到衬底的有源区中。因此，场集中在与栅极的弯曲部(即连接部与垂直延伸部相交的部分)对应的有源区的边缘上，因此，可能出现势峰。
相反，根据实施例的图像传感器100可以具有以下的结构：在该结构中，具有一定厚度的间隔物150设置在衬底101上，双垂直栅极110的垂直延伸部112穿透间隔物150并且延伸到衬底101的有源区中，并且连接部114设置在间隔物150上。因此，衬底101的有源区的边缘AE更远离栅极的弯曲部BP，由此减轻了场集中。结果，可以防止在有源区的边缘AE处出现势峰。
为了防止势峰，可以考虑没有连接部的双垂直栅极结构，即，其中仅存在垂直延伸部的结构。然而，在没有连接部的双垂直栅极结构的情况下，在每个垂直栅极处设置栅极接触，因此接触面积增加。另外，由于每个垂直栅极的顶表面小，因此可能出现与栅极接触的错位。相反，在根据实施例的图像传感器100的情况下，由于双垂直栅极110包括连接部114，因此可以仅设置一个栅极接触180以减小接触面积。此外，由于连接部114的顶表面相对大，因此可以防止或减小与栅极接触180的错位。
像素晶体管可以布置在TR区130中。例如，复位晶体管RX、源极跟随器晶体管SFX和选择晶体管SX中的至少一者可以设置在TR区130中。例如，复位晶体管RX、源极跟随器晶体管SFX和选择晶体管SX可以全部布置在TR区130中。另外，根据实施例，源极跟随器晶体管SFX和选择晶体管SX可以布置在一个像素PX的TR区130中，并且复位晶体管RX可以设置在相邻像素PX的TR区130中。在这种结构的情况下，两个相邻像素PX可以共享像素晶体管。根据实施例，电源电压接触可以设置在TR区130中。
在根据实施例的图像传感器100中，传输晶体管TX可以包括双垂直栅极110，并且双垂直栅极110可以设置在衬底101上设置的间隔物150上。例如，双垂直栅极110可以包括穿透间隔物150并且垂直延伸到衬底101中的两个垂直延伸部112以及间隔物150上的将两个垂直延伸部112彼此连接的连接部114。基于双垂直栅极110的结构，根据实施例的图像传感器100可以在增加电荷传输效率的同时有效地防止在有源区的边缘AE处出现势峰。另外，栅极接触180的接触面积可以被最小化或减小，并且与栅极接触180的错位可以被最小化或减小。
图3A至图4B是根据实施例的包括双垂直栅极的图像传感器的截面图。图3B是示出图3A的双垂直栅极连同像素内的另一晶体管的截面图，并且图4B是示出图4A的双垂直栅极连同像素内的另一晶体管的截面图。下面参考图1给出描述，并且为了便于说明，可以仅简要给出或省略先前参考图1至图2B描述的部件和技术方面的进一步描述。
参照图3A和图3B，根据实施例的图像传感器100a鉴于间隔物150a的结构可以与图2B的图像传感器100不同。例如，在根据实施例的图像传感器100a中，间隔物150a可以仅设置在双垂直栅极110内侧，而不设置在双垂直栅极110外侧。换句话说，在实施例中，间隔物150a可以仅设置在双垂直栅极110的连接部114之下，而不设置在双垂直栅极110在x方向上的外侧。另外，如从图2A可以预期的，在实施例中，间隔物150a不设置在双垂直栅极110在y方向上的外侧。由于间隔物150a仅设置在双垂直栅极110内侧，因此栅极绝缘层115a可以直接设置在双垂直栅极110外侧的衬底绝缘层105上。可以通过在形成双垂直栅极110之前去除双垂直栅极110外侧的间隔物图案来形成间隔物150a的结构。参考图9A至图9C的描述，更详细地描述根据实施例的制造图像传感器100a的方法。
由于根据实施例的图像传感器100a的间隔物150a的结构，像素中另一晶体管130T的栅极132可以连同双垂直栅极110一起形成。因此，根据实施例的图像传感器100a的间隔物150a的结构可以有助于工艺简化。这里，像素内的另一晶体管130T是像素晶体管，并且可以是源极跟随器晶体管SFX、复位晶体管RX和选择晶体管SX中的任一者。另一晶体管130T可以包括具有平面结构的栅极132。具有平面结构的栅极132可以直接设置在衬底101上并且衬底绝缘层105设置在其间。换句话说，在实施例中，间隔物150a不设置在栅极132与衬底101之间。栅极接触185可以设置在栅极132的顶表面上。
器件隔离层175可以设置在衬底101的在另一晶体管130T的栅极132两侧的部分上。器件隔离层175可以包括STI层或p型阻挡层。根据实施例，源极/漏极区可以在进入图中平面的方向上布置在栅极132的两侧。
另外，在图2B的图像传感器100的情况下，可以执行去除双垂直栅极110外侧的间隔物150的单独工艺，以形成另一晶体管130T，即，像素晶体管。在以这种方式去除双垂直栅极110外侧的间隔物150之后，可以形成具有平面结构的像素晶体管的栅极。因此，在实施例中，间隔物150不设置在像素晶体管的栅极132与衬底101之间。
参照图4A和图4B，根据实施例的图像传感器100b鉴于间隔物150b的结构可以与图2B的图像传感器100不同。例如，在根据实施例的图像传感器100b中，间隔物150b可以包括设置在双垂直栅极110内侧的内间隔物150i和设置在双垂直栅极110外侧的外间隔物150o2。例如，内间隔物150i可以设置在双垂直栅极110的连接部114下方。另外，外间隔物150o2可以设置在衬底101的在双垂直栅极110在x方向和y方向上的外侧的部分上。然而，在根据实施例的图像传感器100b中，外间隔物150o2可以仅设置在非常靠近双垂直栅极110的位置处，而不设置在与双垂直栅极110相距一定距离的位置处。例如，外间隔物150o2可以仅设置在与双垂直栅极110相距约300nm或更短的距离处。可以通过在间隔物图案上形成栅极绝缘层并且在形成双垂直栅极110之前将间隔物图案和栅极绝缘层图案化为图4A中示出的形状来形成间隔物150b的结构。垂直延伸部112的底表面和侧表面以及连接部114的底表面可以被栅极绝缘层115b围绕。参考图10A和图10B的描述，更详细地描述根据实施例的制造图像传感器100b的方法。
由于根据实施例的图像传感器100b的间隔物150b的结构，像素中的另一晶体管130T的栅极132可以连同双垂直栅极110一起形成。因此，根据实施例的图像传感器100b的间隔物150b的结构可以有助于工艺简化。像素内的另一晶体管130T是像素晶体管，并且可以是源极跟随器晶体管SFX、复位晶体管RX和选择晶体管SX中的任一者，并且可以包括具有平面结构的栅极132。具有平面结构的栅极132可以直接设置在衬底101上并且衬底绝缘层105设置在其间。换句话说，在实施例中，间隔物150b不设置在栅极132与衬底101之间。栅极接触185可以设置在衬底132的顶表面上。
图5是根据实施例的包括双垂直栅极的图像传感器的像素的电路图。为了便于说明，可以仅简要给出或省略先前参考图1至图4B给出的部件和技术方面的进一步描述。
参照图5，根据实施例的图像传感器200鉴于包括共享像素SPX可以与图1的图像传感器100不同。在根据实施例的图像传感器200中，共享像素SPX可以包括四个像素PX-1至PX-4，并且还可以包括与四个像素PX-1至PX-4对应的四个光电二极管PD1至PD4和四个双垂直栅极110-1至110-4。
四个像素PX-1至PX-4可以共享浮置扩散区FD，并且还可以共享TR区230的像素晶体管RX、SFX和SX(参照图6B)。从TR区230中的复位晶体管RX、源极跟随器晶体管SFX和选择晶体管SX到浮置扩散区FD的连接结构可以与图1的电路图中的从复位晶体管RX、源极跟随器晶体管SFX和选择晶体管SX到浮置扩散区FD的连接结构基本上相同。
在根据实施例的图像传感器200中，关于由四个像素PX-1至PX-4中的每一者的光电二极管PD产生的电荷的信息可以通过共同使用浮置扩散区FD和像素晶体管RX、SFX和SX来输出。另外，四个像素PX-1至PX-4可以通过控制切换传输晶体管TX的开/关来相互区分。
图6A至图6C分别是根据实施例的包括图5的双垂直栅极的图像传感器的平面图、放大平面图和截面图。图6B是图6A的部分A的放大平面图，并且图6C是沿着图6B的线II-II’截取的截面图。为了便于说明，可以仅简要给出或省略先前参考图1至图5给出的部件和技术方面的进一步描述。
参照图6A至图6C，根据实施例的图像传感器200可以包括可以布置成二维阵列结构的多个共享像素SPX。例如，共享像素SPX可以在x方向和y方向之间的两个对角线方向(即，第一对角线方向D1和第二对角线方向D2)上布置成二维阵列结构。成二维阵列结构的多个共享像素SPX可以构成APS。
在一个共享像素SPX中，四个像素PX-1至PX-4可以通过像素隔离结构170相互分隔。然而，由于像素PX-1至PX-4共享FD区240，因此除了FD区240之外，像素PX-1至PX-4可以通过像素隔离结构170相互分隔。因此，除了像素PX-1至PX-4共享FD区240并且像素PX-1至PX-4中的每一者在TR区230中仅包括一个像素晶体管之外，共享像素SPX中的每个像素可以具有与图2A的像素PX的结构几乎相同的结构。
例如，在根据实施例的图像传感器200中，由于像素PX-1至PX-4共享设置在中心处的FD区240，因此与四个像素PX-1至PX-4对应的四个传输晶体管TX可以与FD区240相邻地布置。TR区230具有在第一对角线方向D1上延伸的线形，并且可以包括一个像素晶体管。例如，构成像素晶体管RX、SFX和SX中的一者的栅极232和源极/漏极区234可以布置在TR区230中。如图5中所示，共享像素SPX可以包括四个像素PX-1至PX-4、复位晶体管RX、源极跟随器晶体管SFX和选择晶体管SX。因此，任一个像素的TR区230可以对应于冗余TR区230，并且也被称为冗余TR区230。在根据实施例的图像传感器200中，可以在冗余TR区230中另外设置虚设晶体管或源极跟随器晶体管SFX。
如图6B中所示，地接触260可以设置在x方向上的右侧，像素PX可以由像素隔离结构270限定，并且图像传感器200可以包括光电二极管220或PD。
如图6C中所示，在根据实施例的图像传感器200中，传输晶体管TX可以包括双垂直栅极210，并且双垂直栅极210可以设置在衬底201上设置的间隔物250上。例如，双垂直栅极210可以包括穿透间隔物250并且垂直延伸到衬底201中的两个垂直延伸部212以及间隔物250上的将两个垂直延伸部212彼此连接的连接部214。间隔物可以包括设置在双垂直栅极210内侧的内间隔物250i和设置在双垂直栅极210外侧的外间隔物250o。基于双垂直栅极210的结构，根据实施例的图像传感器200可以在增加电荷传输效率的同时有效地防止在有源区的边缘AE处出现势峰。另外，栅极接触280的接触面积可以被最小化或减小，并且与栅极接触280的错位可以被最小化或减小。图像传感器200还可以包括衬底绝缘层205、栅极绝缘层215和光电二极管220。
虽然以上已描述包括四个像素PX-1至PX-4的共享像素SPX的结构，但共享像素SPX的像素数量不限于四个。例如，在根据实施例的图像传感器中，共享像素可以包括2个像素、6个像素或8个像素。
图7是根据实施例的包括单个垂直栅极的图像传感器的截面图。为了便于说明，可以仅简要给出或省略先前参考图1至图6C描述的部件和技术方面的进一步描述。
参照图7，根据实施例的图像传感器300鉴于具有单个垂直栅极结构的传输晶体管TX可以与图2B的图像传感器100不同。例如，根据实施例的图像传感器300可以包括衬底301、单个垂直栅极310、光电二极管320、TR区、FD区、间隔物350和栅极绝缘层315。对衬底301、光电二极管320、TR区、FD区和间隔物350的描述可以与以上相对于衬底101、光电二极管120、TR区130、FD区140和间隔物150给出的描述相同。
单个垂直栅极310可以包括垂直延伸部312和水平延伸部314。垂直延伸部312可以穿透间隔物350并且垂直延伸到衬底301中。水平延伸部314可以在间隔物150的顶表面上从垂直延伸部312水平延伸。尽管为了说明，在单个垂直栅极310的结构中，垂直延伸部312与水平延伸部314区分开，但垂直延伸部312和水平延伸部314可以包括彼此相同的材料并且一体化。垂直延伸部312的底表面和侧表面以及水平延伸部314的底表面被栅极绝缘层315覆盖。垂直延伸部312可以从衬底301的顶部垂直延伸到衬底301中，并且水平延伸部314可以自垂直延伸部312的顶部与衬底301的顶表面平行地延伸。光电二极管320在衬底301内部设置在垂直栅极310之下。间隔物350设置在水平延伸部314与衬底301之间，并且设置在衬底301与栅极绝缘层315的覆盖水平延伸部314的部分之间。
根据实施例的图像传感器300可以具有以下的结构：在该结构中，具有一定厚度的间隔物350设置在衬底301上，单个垂直栅极310的垂直延伸部312穿透间隔物350并且延伸到衬底301的有源区中，并且水平延伸部314设置在间隔物350上。因此，衬底301的有源区的边缘AE更远离栅极的弯曲部BP，由此减轻了场集中。结果，可以防止在有源区的边缘AE处出现势峰。另外，即使当垂直延伸部312变小时，也可以确保栅极接触部380的足够面积，并且由于水平延伸部314的顶表面大，可以防止或减少与栅极接触380的错位。栅极接触380可以设置在水平延伸部314在第一方向上的中心处。
在根据实施例的图像传感器300中，像素中另一晶体管330的栅极332可以连同单个垂直栅极310一起形成。像素内的另一晶体管330是像素晶体管，并且可以是源极跟随器晶体管SFX、复位晶体管RX和选择晶体管SX中的任一者，并且可以包括具有平面结构的栅极332。具有平面结构的栅极332可以直接设置在衬底301上并且衬底绝缘层305设置在其间。即，衬底绝缘层305可以设置在衬底301和间隔物350之间。间隔物350可以仅设置在水平延伸部314之下。换句话说，在实施例中，间隔物350不设置在栅极332与衬底301之间。栅极接触385可以设置在栅极332的顶表面上。器件隔离层375可以设置在衬底301的在另一晶体管330的栅极332两侧的部分上。器件隔离层375可以包括STI层或p型阻挡层。根据实施例，源极/漏极区可以在进入图中平面的方向上布置在栅极332的两侧。
根据实施例的图像传感器300可以具有单像素结构或共享像素结构。例如，就像素结构而言，根据实施例的图像传感器300可以具有图2A的单像素结构或图6A的共享像素结构，除了栅极具有单垂直栅极结构之外。
图8A至图8H是示意性示出根据实施例的制造图2B的图像传感器的方法的操作的截面图。为了便于说明，可以仅简要给出或省略先前参考图1至图7给出的部件和技术方面的进一步描述。
参照图8A，在根据实施例的制造包括双垂直栅极的图像传感器的方法(下文中，简称为“制造图像传感器的方法”)中，首先，在衬底101的前表面FS上形成衬底绝缘层105。可以通过热氧化工艺或ALD工艺形成衬底绝缘层105。这里，衬底101的前表面FS可以是指在其上形成有源区和有源区之上的布线的表面。衬底绝缘层105可以包括例如热氧化物层、氧化硅层、氧化铝层等，并且可以具有约10nm或更小的厚度。然而，衬底绝缘层105的材料和厚度不限于上述的材料和厚度。
参照图8B，在衬底101中形成光电二极管120。可以通过将杂质掺杂到衬底101中达一定深度来形成光电二极管120。例如，可以通过将第一导电类型(例如，p型)杂质注入到衬底101中来形成第一杂质区，并且可以通过将第二导电类型(例如，n型)杂质注入到衬底101中来形成第二杂质区，由此形成光电二极管120。光电二极管120的第一杂质区和第二杂质区可以形成p-n结。根据一些实施例，衬底101可以用作第一杂质区。在这种情况下，可以通过将第二导电类型杂质注入衬底101中形成第二杂质区而不单独形成第一杂质区来形成光电二极管120。
参照图8C，在衬底绝缘层105上形成间隔物层150L。间隔物层150L可以包括例如氮化物层、氧化物层或氮氧化物层。例如，间隔物层150L可以包括氮化硅层。间隔物层150L可以在z方向上具有约10nm或更大的厚度。例如，间隔物层150L可以具有从约50nm至约300nm的厚度。然而，间隔物层150L的厚度不限于以上的值。例如，可以考虑稍后将要形成的双垂直栅极110的垂直延伸部112的长度和去除势峰的效果来确定间隔物层150L的厚度。
参照图8D，通过对间隔物层150L进行图案化来形成间隔物图案150P。可以通过光刻工艺对间隔物层150L进行图案化。根据实施例，可以在间隔物图案150P上保持光致抗蚀剂(PR)图案。间隔物图案150P可以包括对应于内间隔物的内部图案150Pi和对应于外间隔物的外部图案150Po。
参照图8E，通过使用间隔物图案150P作为蚀刻掩模蚀刻衬底绝缘层105和衬底101的上部来形成沟槽T1。因此，间隔物图案150P可以用作硬掩模。根据实施例，间隔物图案150P和PR图案也可以一起被用作蚀刻掩模。可以针对一个光电二极管120形成两个沟槽T1。沟槽T1可以在x方向上具有约100nm至约200nm的宽度并且在z方向上具有约300nm或更大的深度。然而，沟槽T1的宽度和深度不限于以上的值。例如，沟槽T1的深度可以是指与间隔物图案150P的顶表面相距的深度。
参照图8F，形成覆盖沟槽T1的内部和间隔物图案150P的顶表面的栅极绝缘层115。栅极绝缘层115可以具有单层结构或多层结构。例如，栅极绝缘层115可以包括界面层和高k层。栅极绝缘层115可以形成为约10nm或更小的厚度。然而，栅极绝缘层115的厚度不限于以上的值。
参照图8G，在栅极绝缘层115上，形成填充沟槽T1的内部并且覆盖间隔物图案150P的顶表面的导电层110L。导电层110L可以包括例如多晶硅。然而，构成导电层110L的材料不限于多晶硅。例如，导电层110L可以形成为具有包括阻挡层和至少一个金属层的多层结构。
参照图8H，通过对导电层110L进行图案化来形成双垂直栅极110。可以通过光刻工艺对导电层110L进行图案化。双垂直栅极110可以包括两个垂直延伸部112和连接部114。此后，可以在双垂直栅极110的连接部114的中部部分处形成栅极接触180。例如，可以通过以下操作来形成栅极接触180：在衬底101上形成覆盖所得产品的层间绝缘层，在层间绝缘层中形成贯穿孔，然后用诸如(例如)W、Al或Cu之类的金属材料填充贯穿孔。
此外，在形成栅极接触180之前，可以通过光刻工艺去除外部图案150Po的在双垂直栅极110的间隔物图案150P外侧的部分。可以通过去除外部图案150Po的部分来形成间隔物150。可以去除外部图案150Po的该部分，使得像素中另一晶体管(图3B的130)的栅极(图3B的132)设置在衬底101上，而间隔物没有介于其间。
图9A至图9C是示意性示出根据实施例的制造图3A的图像传感器的方法的操作的截面图。为了便于说明，可以仅简要给出或省略先前参考图3A和图8A至图8H描述的部件和技术方面的进一步描述。
参照图9A，在根据实施例的制造图像传感器的方法中，通过图8A至图8E的操作，在衬底101的上部中形成沟槽T1。此后，通过去除间隔物图案150P的外部图案150Po并且仅留下内部图案150Pi来形成间隔物150a。根据实施例，外部图案150Po的一部分可以保持在沟槽T1周围。
参照图9B，在形成间隔物150a之后，形成覆盖沟槽T1的内部、间隔物150a的顶表面和衬底绝缘层105的顶表面的栅极绝缘层115a。栅极绝缘层115a可以具有单层结构或多层结构。例如，栅极绝缘层115a可以包括界面层和高k层。栅极绝缘层115a可以形成为约10nm或更小的厚度。然而，栅极绝缘层115a的厚度不限于以上的值。
参照图9C，在栅极绝缘层115a上，形成填充沟槽T1的内部并且覆盖间隔物150a的顶表面的导电层110L1。导电层110L1可以在沟槽T1外侧的其中不存在间隔物150a的部分处直接覆盖栅极绝缘层115a。导电层110L1可以包括例如多晶硅。然而，构成导电层110L1的材料不限于多晶硅。例如，导电层110L1可以形成为具有包括阻挡层和至少一个金属层的多层结构。
此后，通过对导电层110L1进行图案化来形成双垂直栅极110。可以通过光刻工艺对导物层110L1进行图案化。双垂直栅极110可以包括两个垂直延伸部112和连接部114。
在根据实施例的制造图像传感器的方法中，在形成导电层110L1之前，预先去除间隔物图案150P的外部图案150Po以形成间隔物150a，因此，不执行用于在形成双垂直栅极110之后在像素中形成另一晶体管130T的单独图案化操作。另外，当形成双垂直栅极110时，像素中另一晶体管130T的栅极132可以一起形成。
图10A和图10B是示意性示出根据实施例的制造图4A的图像传感器的方法的操作的截面图。为了便于说明，可以仅简要给出或省略先前参考图4A和图8A至图8H描述的部件和技术方面的进一步描述。
参照图10A，在根据实施例的制造图像传感器的方法中，通过图8A至图8F的操作，形成覆盖沟槽T1的内部和间隔物图案150P的顶表面的栅极绝缘层115b。栅极绝缘层115b可以具有单层结构或多层结构。例如，栅极绝缘层115b可以包括界面层和高k层。栅极绝缘层115b可以形成为约10nm或更小的厚度。然而，栅极绝缘层115b的厚度不限于以上的值。
此后，通过对间隔物图案150P进行图案化来形成间隔物150b。间隔物150b可以包括与双垂直栅极110的连接部114对应的内间隔物150i和设置在双垂直栅极110外侧的外间隔物150o2。也对栅极绝缘层115b进行图案化，因此，衬底绝缘层105可以在其中不存在间隔物图案150P的部分中暴露。
参照图10B，在栅极绝缘层115b上，形成填充沟槽T1的内部并且覆盖间隔物150a的顶表面的导电层110L2。导电层110L2可以在沟槽T1外侧的其中不存在间隔物150b的部分处直接覆盖衬底绝缘层105。导电层110L2可以包括例如多晶硅。然而，构成导电层110L2的材料不限于多晶硅。例如，导电层110L2可以形成为具有包括阻挡层和至少一个金属层的多层结构。
此后，通过对导电层110L2进行图案化来形成双垂直栅极110。可以通过光刻工艺对导物层110L2进行图案化。双垂直栅极110可以包括两个垂直延伸部112和连接部114。
在根据实施例的制造图像传感器的方法中，在形成导电层110L2之前，预先对间隔物图案150P进行图案化以形成间隔物150b，因此，不执行用于在形成双垂直栅极110之后在像素中形成另一晶体管130T的单独图案化操作。另外，当形成双垂直栅极110时，像素中的另一晶体管130T的栅极132可以一起形成。
图11是示出根据实施例的图像传感器的整体结构的框图。为了便于说明，可以仅简要给出或省略先前参考图1至图2B或图5至图6C描述的部件和技术方面的进一步描述以及与已经参考图1至图10B描述的描述相同的描述。
参照图11，根据实施例的图像传感器1000可以包括像素阵列1100、定时控制器1010、行译码器1020和输出电路1030。根据实施例的图像传感器1000可以是例如电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补型金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
根据实施例的图像传感器1000可以是图2B、图3A、图4A、图6C和图7的图像传感器100、100a、100b、200和300中的任一者。因此，像素阵列1100可以包括沿着多行和多列布置成二维阵列结构的多个像素PX和/或共享像素SPX。行译码器1020可以响应于从定时控制器1010输出的行地址信号而从像素阵列1100的多行当中选择任一行。输出电路1030可以从沿着所选择行布置的多个像素PX和/或多个共享像素SPX逐列地输出图像信号。输出电路1030可以包括模拟/数字(A/D)转换器ADC。例如，输出电路1030可以包括列译码器和像素阵列1100之间的针对相应列布置的多个A/D转换器ADC或设置在列译码器的输出端子处的一个A/D转换器ADC。根据实施例，定时控制器1010、行译码器1020和输出电路1030可以被实现为单个芯片，或者可以被实现为单独的芯片。
图12是示出根据实施例的包括图像传感器的电子装置的结构框图。为了便于说明，可以仅简要给出或省略先前参考图1至图2B或图5至图6C和图11描述的部件和技术方面的进一步描述以及与已经参考图1至图11描述的描述相同的描述。
参照图12，包括根据实施例的图像传感器的电子装置2000(下文中，简称为“电子装置”)可以包括成像单元2100、图像传感器1000和处理器2200。电子装置2000可以是例如相机。成像单元2100可以通过聚焦从物OBJ反射的光来形成光学图像。成像单元2100可以包括物镜2010、透镜驱动单元2120、光阑2130和光阑驱动单元2140。在图12中，为了便于示出，仅代表性示出一个透镜。然而，物镜2010实际上可以包括具有不同大小和形状的多个透镜。根据一些实施例，电子装置2000可以是移动摄像机，并且在移动摄像机中，可以省略光阑2130和光阑驱动单元2140。
透镜驱动单元2120可以与处理器2200进行关于焦点检测的信息的传送，并且根据从处理器2200提供的控制信号来调节物镜2010的位置。透镜驱动单元2120可以移动物镜2010，以调节物镜2010与物OBJ之间的距离或者调节物镜2010中个体透镜的位置。在透镜驱动单元2120驱动物镜2010时，可以调节物OBJ的焦点。另外，透镜驱动单元2120可以接收AF信息，并且调节物镜2010中个体透镜的位置以进行聚焦。
光阑驱动单元2140可以与处理器2200进行关于光量的信息的传送，并且根据从处理器2200提供的控制信号来调节光阑2130。例如，光阑驱动单元2140可以根据通过物镜2010进入电子装置2000的光量来增大或减小光阑2130的孔径。另外，光阑驱动单元2140可以调节光阑2130的开启时间。
图像传感器1000可以基于入射到其上的光的强度来生成电图像信号。图像传感器1000可以是图11的图像传感器1000，并且可以包括像素阵列1100、定时控制器1010和输出电路1030。因此，图像传感器1000可以是图2B、图3A、图4A、图6C和图7的图像传感器100、100a、100b、200和300中的任一者。另外，在实施例中，图像传感器1000还可以包括行译码器1020。
处理器2200可以控制电子装置2000的整体操作，并且可以具有图像处理功能。例如，处理器2200可以针对透镜驱动单元2120、光阑驱动单元2140、定时控制器1010等中的每一者的操作提供控制信号。
虽然已参考本发明构思的实施例具体示出和描述了本发明构思，但可以在不脱离由随附权利要求书限定的精神和范围的情况下，在本文中进行形式和细节上的各种改变。

Claims (20)

1.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
衬底；
垂直栅极，所述垂直栅极包括垂直延伸部和水平延伸部，所述垂直延伸部从所述衬底的顶部垂直延伸到所述衬底中，所述水平延伸部自所述垂直延伸部的顶部与所述衬底的顶表面平行地延伸；
PD，所述PD在所述衬底内部设置在所述垂直栅极之下，所述PD即光电二极管；
间隔物，所述间隔物设置在所述水平延伸部与所述衬底之间；以及
栅极绝缘层，
其中，所述垂直延伸部的底表面和侧表面以及所述水平延伸部的底表面被所述栅极绝缘层覆盖，并且
所述间隔物设置在所述衬底与所述栅极绝缘层的覆盖所述水平延伸部的部分之间。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述垂直栅极包括双垂直栅极，所述双垂直栅极包括在与所述衬底的顶表面平行的第一方向上彼此间隔开的两个垂直延伸部，并且
所述水平延伸部在所述第一方向上延伸并且将所述两个垂直延伸部彼此连接。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，还包括：
衬底绝缘层，所述衬底绝缘层设置在所述衬底与所述间隔物之间，以及
栅极接触，所述栅极接触设置在所述水平延伸部在所述第一方向上的中心处。
4.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述间隔物仅设置在所述水平延伸部之下。
5.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述间隔物包括内间隔物和外间隔物，所述内间隔物设置在所述水平延伸部之下，所述外间隔物设置在所述衬底的在所述垂直栅极外侧的部分上。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述图像传感器具有单像素结构，在所述单像素结构中，一个PD对应于一个FD区设置，或者
所述图像传感器具有共享像素结构，在所述共享像素结构中，多个PD对应于一个FD区布置并且共享该一个FD区，所述FD区即浮置扩散区。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，所述图像传感器具有其中四个PD围绕一个FD区的共享像素结构，
在对应于所述四个PD中的一个PD的像素中设置至少一个晶体管，并且
所述至少一个晶体管的栅极具有平面结构并且其下方没有设置所述间隔物。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述间隔物具有10nm或更大的厚度。
9.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
衬底；
双垂直栅极，所述双垂直栅极包括两个垂直延伸部以及连接部，所述两个垂直延伸部从所述衬底的顶部垂直延伸到所述衬底中并且在与所述衬底的顶表面平行的第一方向上彼此间隔开，所述连接部在所述衬底上将所述两个垂直延伸部彼此连接；
PD，所述PD在所述衬底内部设置在所述双垂直栅极之下，所述PD即光电二极管；
FD区，所述FD区设置在所述衬底之上并且在与所述衬底的顶表面平行并且与所述第一方向垂直的第二方向上与所述双垂直栅极相邻，所述FD区即浮置扩散区；
TR区，所述TR区与所述FD区绕所述双垂直栅极相对地设置并且所述TR区中设置有至少一个晶体管，所述TR区即晶体管区；
栅极绝缘层；以及
间隔物，所述间隔物设置在所述连接部与所述衬底之间；
其中，所述两个垂直延伸部中的每一者的底表面和侧表面以及所述连接部的底表面被所述栅极绝缘层覆盖，并且
所述间隔物设置在所述衬底与所述栅极绝缘层的覆盖所述连接部的部分之间。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述间隔物仅设置在所述连接部之下。
11.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述间隔物包括内间隔物和外间隔物，所述内间隔物设置在所述连接部之下，所述外间隔物设置在所述衬底的在所述双垂直栅极外侧的部分上。
12.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述至少一个晶体管的栅极具有平面结构并且其下方没有设置所述间隔物。
13.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
衬底；
双垂直栅极，所述双垂直栅极包括两个垂直延伸部以及连接部，所述两个垂直延伸部从所述衬底的顶部垂直延伸到所述衬底中并且在与所述衬底的顶表面平行的第一方向上彼此间隔开，所述连接部在所述衬底上将所述两个垂直延伸部彼此连接；
PD，所述PD在所述衬底内部设置在所述双垂直栅极之下，所述PD即光电二极管；
FD区，所述FD区设置在所述衬底之上并且在与所述衬底的顶表面平行并且与所述第一方向垂直的第二方向上与所述双垂直栅极相邻，所述FD区即浮置扩散区；
TR区，所述TR区与所述FD区绕所述双垂直栅极相对地设置并且具有至少一个晶体管，所述TR区即晶体管区；
栅极绝缘层；以及
间隔物，所述间隔物设置在所述连接部与所述衬底之间；
其中，所述两个垂直延伸部中的每一者的底表面和侧表面以及所述连接部的底表面被所述栅极绝缘层覆盖，
所述间隔物设置在所述衬底与所述栅极绝缘层的覆盖所述连接部的部分之间，并且
所述图像传感器具有共享像素结构，在所述共享像素结构中，多个PD对应于一个FD区布置并且共享所述一个FD区。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，在所述共享像素结构中，四个PD围绕所述一个FD区，
第一源极跟随器晶体管、复位晶体管和选择晶体管分别布置在与所述四个PD对应的四个像素当中的三个像素中，并且
第二源极跟随器晶体管或虚设晶体管设置在其余一个像素中。
15.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述间隔物仅设置在所述连接部之下。
16.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述间隔物包括内间隔物和外间隔物，所述内间隔物设置在所述连接部之下，所述外间隔物设置在所述衬底的在所述双垂直栅极外侧的部分上。
17.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述至少一个晶体管的栅极具有平面结构并且其下方没有设置所述间隔物。
18.一种制造图像传感器的方法，所述方法包括：
在衬底上形成衬底绝缘层；
在所述衬底内部形成光电二极管；
在所述衬底绝缘层上形成间隔物层；
通过对所述间隔物层进行图案化来形成间隔物图案；
通过使用所述间隔物图案作为蚀刻掩模蚀刻所述衬底的上部来形成沟槽；
形成填充所述沟槽并且覆盖所述间隔物图案的导电层；以及
通过对所述导电层进行图案化来形成双垂直栅极，
其中，所述双垂直栅极包括两个垂直延伸部以及连接部，所述两个垂直延伸部从所述衬底的顶部垂直延伸到所述衬底中并且在与所述衬底的顶表面平行的第一方向上彼此间隔开，所述连接部在所述衬底上将所述两个垂直延伸部彼此连接。
19.根据权利要求18所述的方法，所述方法还包括：在形成所述导电层之前，
保持所述间隔物图案的与所述连接部对应的部分并且去除所述间隔物图案的其余部分的至少一部分；并且
在所述衬底上在所得的产品上形成栅极绝缘层。
20.根据权利要求18所述的方法，所述方法还包括：在形成所述导电层之前，
在所述衬底上在所得的产品上形成栅极绝缘层；并且
保持所述间隔物图案的与所述连接部对应的部分，并且去除所述间隔物图案的其余部分的至少一部分。
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