图像感测装置及制造图像感测装置的方法与流程

1.本专利文献中公开的技术和实现方式总体涉及一种图像感测装置。


背景技术：

2.图像感测装置是通过使用对光做出反应的光敏半导体材料而将光转换成电信号来拍摄光学图像的装置。随着汽车、医疗、计算机和通信行业的发展，诸如智能手机、数码摄像头、游戏机、物联网(iot)、机器人、安保摄像头和医用微型摄像头的各个领域中对高性能图像感测装置的需求日益增长。
3.图像感测装置可以粗略地分为电荷耦合器件(ccd)图像感测装置和互补金属氧化物半导体(cmos)图像感测装置。ccd图像感测装置提供了更好的图像质量，但是与cmos图像感测装置相比，其往往消耗更多的功率并且尺寸更大。
4.与ccd图像感测装置相比，cmos图像感测装置的尺寸更小并且消耗更少的功率。此外，使用cmos制造技术来制造cmos传感器，因此光敏元件和其他信号处理电路可以集成到单个芯片中，从而能够以更低的成本生产小型化的图像感测装置。由于这些原因，正在针对包括移动装置在内的许多应用开发cmos图像感测装置。


技术实现要素：

5.所公开技术的各种实施方式提供一种具有提高的光电荷转移效率和降低的噪声的图像感测装置。
6.根据所公开技术的一个实施方式，一种制造图像感测装置的方法包括：在半导体基板中形成第一光电转换区；形成从半导体基板的一个表面延伸到半导体基板的内部的凹陷区；在凹陷区的一部分中布置掩模；通过凹陷区形成第二光电转换区；以及在凹陷区中形成凹陷栅极。第二光电转换区的厚度根据凹陷栅极的深度而改变，并且将凹陷栅极的深度设置为从半导体基板的一个表面到凹陷栅极的底表面的距离。
7.在一些实现方式中，第二光电转换区可以与第一光电转换区的一个表面接触。
8.在一些实现方式中，形成凹陷栅极可以包括：在凹陷栅极中形成栅极绝缘层；以及在栅极绝缘层的上部形成栅极电极。
9.在一些实现方式中，第二光电转换区可以掺杂有导电类型与第一光电转换区相同的杂质。
10.在一些实现方式中，第二光电转换区可以与凹陷栅极间隔开。
11.在一些实现方式中，布置掩模可以包括：选择性地掩蔽除了要形成第二光电转换区的区域之外的凹陷区。
12.在一些实现方式中，布置掩模可以包括：将掩模布置在凹陷区的侧表面处，并且允许掩模不设置在凹陷区的底表面处。
13.在一些实现方式中，形成第二光电转换区可以包括：通过未被掩蔽的凹陷区的底表面注入杂质。
14.根据所公开技术的另一实施方式，图像感测装置可以包括：包括在像素阵列中的多个单位像素。多个单位像素中的每一个包括：第一光电转换区，其形成在半导体基板中；凹陷栅极，其从半导体基板的一个表面向半导体基板的内部延伸；以及第二光电转换区，其设置在凹陷栅极和第一光电转换区之间。在包括在像素阵列中的第一单位像素和第二单位像素中，包括在第一单位像素中的凹陷栅极的深度可以大于包括在第二单位像素中的凹陷栅极的深度，包括在第一单位像素中的第二光电转换区的厚度可以小于包括在第二单位像素中的第二光电转换区的厚度，并且可以将凹陷栅极的深度设置为从半导体基板的一个表面到凹陷栅极的底表面的距离。
15.在一些实现方式中，第二光电转换区可以与第一光电转换区的一个表面接触。
16.在一些实现方式中，第二光电转换区可以与凹陷栅极间隔开。
17.在一些实现方式中，第二光电转换区可以掺杂有导电类型与第一光电转换区相同的杂质。
18.在一些实现方式中，凹陷栅极还可以包括栅极电极，以及形成在栅极电极和第二光电转换区之间的栅极绝缘层。
19.在一些实现方式中，对于多个单位像素，凹陷栅极的底表面和第二光电转换区之间的距离恒定。
20.在一些实现方式中，对于多个单位像素，凹陷栅极的深度与第二光电转换区的厚度之和可以恒定。
21.应当理解，所公开的技术的前述一般描述和以下详细描述都是例示性和解释性的，并且旨在提供对所要求保护的公开内容的进一步解释。
附图说明
22.当结合附图考虑时，参照以下详细描述，所公开技术的上述和其他特征和有益方面将变得显而易见。
23.图1是示出基于所公开技术的一些实现方式的图像感测装置的示例的框图。
24.图2是示出基于所公开技术的一些实现方式的像素阵列中设置的单位像素的示例的截面图。
25.图3a至图3h是示出基于所公开技术的一些实现方式而形成单位像素的方法的截面图。
26.图4是示出基于所公开技术的一些实现方式的单位像素的等效电路的电路图。
具体实施方式
27.本专利文献提供图像感测装置设计的实现方式和示例，其可以用于配置中以基本上解决一个或更多个技术问题或工程问题，并且减少在一些其它图像感测装置设计中遇到的限制或缺点。所公开技术的一些实现方式涉及一种具有改进的光电荷转移效率和降低的噪声的图像感测装置。所公开的技术提供了这样的图像感测装置，其允许第二光电转换区设置在凹陷栅极和第一光电转换区之间，使得第一光电转换区中生成的光电荷的转移效率可以通过第二光电转换区而增加。
28.此后，将参照附图描述各种实施方式。所公开的技术的这些实施方式可以提供能
够通过所公开的技术直接或间接认识到的各种效果。应当理解，所公开的技术不限于特定实施方式或这些特定实施方式中的特定特征的使用，而是可以基于所公开的实施方式以及所公开的实施方式的变型、等同物和/或替代物或其他实施方式以各种配置而实现。
29.图1是示出基于所公开技术的一些实现方式的图像感测装置100的框图。
30.参照图1，图像感测装置100可以包括像素阵列110、行驱动器120、相关双采样器(cds)130、模数转换器(adc)140、输出缓冲器150、列驱动器160和时序控制器170。图1中示出的图像感测装置100的组件仅通过示例方式进行讨论，并且本专利文献包含许多其他改变、替换、变化、变更和变型。
31.像素阵列110可以包括以行和列布置的多个单位成像像素。每个单位成像像素包括响应入射光并且将光转换成电荷以用于成像感测的至少一个光电转换区。在一个示例中，多个单位成像像素可以布置成包括行和列的二维像素阵列。在另一个示例中，多个单位成像像素可以布置成三维像素阵列。多个单位像素可以基于单位像素或基于像素组将光信号转换成电信号，其中像素组中的单位像素共享至少某些内部电路。
32.像素组可以包括任意数量的单位像素。例如，包括在像素组中的单位像素可以布置成矩阵阵列。像素阵列110可以从行驱动器120接收驱动信号(包括行选择信号、像素复位信号和转移信号)。一旦接收到驱动信号，可以激活像素阵列110中的对应成像像素以执行与行选择信号、像素复位信号和转移信号相对应的操作。
33.行驱动器120可以激活像素阵列110，以基于由诸如时序控制器170的控制器电路提供的命令和控制信号而对对应行中的成像像素执行某些操作。在一些实现方式中，行驱动器120可以选择布置在像素阵列110的一行或更多行中的一个或更多个成像像素。行驱动器120可以生成行选择信号以在多个行中选择一行或更多行。行驱动器120可以顺序地启用用于使对应于至少一个选定行的成像像素复位的像素复位信号和对应于该至少一个选定行的像素的转移信号。因此，可以将作为由选定行的每个成像像素生成的模拟信号的参考信号和图像信号顺序地转移到cds 130。参考信号可以是当成像像素的感测节点(例如，浮置扩散区节点)复位时提供给cds 130的电信号，并且图像信号可以是当由成像像素生成的光电荷累积在感测节点中时提供给cds130的电信号。必要时，指示每个像素的独有复位噪声的参考信号和指示入射光强度的图像信号可以统称为像素信号。
34.cmos图像传感器可以使用相关双采样(cds)通过对像素信号采样两次以消除这两个样本之间的差异来移除被称为固定模式噪声的不期望出现的像素的偏移值。在一个示例中，相关双采样(cds)可以通过比较在由入射光生成的光电荷累积在感测节点中之前和之后获得的像素输出电压以使得可以仅测量基于入射光的像素输出电压来移除不期望出现的像素的偏移值。在所公开技术的一些实施方式中，cds 130可以顺序地采样并保持从像素阵列110提供给多条列线中的每一条的参考信号和图像信号的电压电平。也就是说，cds 130可以采样并保持对应于像素阵列110的每一列的参考信号和图像信号的电压电平。
35.在一些实现方式中，cds 130可以基于来自时序控制器170的控制信号将每一列的参考信号和图像信号作为相关双采样信号传输到adc 140。
36.adc 140用于将模拟cds信号转换成数字信号。在一些实现方式中，adc 140可以实现为斜坡比较型adc。斜坡比较型adc可以包括用于将模拟像素信号与诸如斜坡上升或斜坡下降的斜坡信号的参考信号进行比较的比较器电路，以及进行计数直到斜坡信号的电压与
模拟像素信号相匹配的计时器。在所公开技术的一些实施方式中，adc 140可以将由cds 130针对每一列生成的相关双采样信号转换成数字信号，并且输出该数字信号。adc 140可以基于每一列的相关双采样信号和从时序控制器170提供的斜坡信号来执行计数操作和计算操作。以这种方式，当生成数字图像数据时，adc 140可以消除或减少噪声(例如，从成像像素产生的复位噪声)。
37.adc 140可以包括多个列计数器。像素阵列110的每一列联接到列计数器，并且可通过使用列计数器将从每一列接收的相关双采样信号转换成数字信号来生成图像数据。在所公开技术的另一个实施方式中，adc 140可以包括全局计数器，以使用从全局计数器提供的全局代码将对应于列的相关双采样信号转换成数字信号。
38.输出缓冲器150可以临时地保持从adc 140提供的基于列的图像数据，以输出图像数据。在一个示例中，从adc 140提供给输出缓冲器150的图像数据可以基于时序控制器170的控制信号临时存储在输出缓冲器150中。输出缓冲器150可以提供接口来补偿图像感测装置100和其他装置之间的数据速率差异或传输速率差异。
39.列驱动器160可以在从时序控制器170接收到控制信号时选择输出缓冲器的列，并且顺序地输出临时存储在输出缓冲器150的选定列中的图像数据。在一些实现方式中，当从时序控制器170接收到地址信号时，列驱动器160可以基于地址信号而生成列选择信号，并且选择输出缓冲器150的列，以从输出缓冲器150的选定列输出图像数据作为输出信号。
40.时序控制器170可以控制行驱动器120、adc 140、输出缓冲器150和列驱动器160的操作。
41.时序控制器170可以向行驱动器120、列驱动器160和输出缓冲器150提供图像感测装置100的相应组件的操作所需的时钟信号、用于时序控制的控制信号以及用于选择行或列的地址信号。在所公开技术的一个实施方式中，时序控制器170可以包括逻辑控制电路、锁相环(pll)电路、时序控制电路、通信接口电路等。
42.图2是示出基于所公开技术的一些实现方式的包括设置在像素阵列110中的单位像素px1和px2的图像感测装置的一部分的示例的截面图。
43.参照图2，单位像素px1和px2中的每一个可以包括设置在半导体基板200中的多个装置。单位像素px1可以包括滤光器300a和微透镜400a，并且单位像素px2可以包括滤光器300b和微透镜400b。
44.例如，半导体基板200可以包括外延层或掺杂有杂质的硅基板。每个单位像素可以包括设置有多个晶体管的晶体管区域。
45.滤光器300a和300b中的每一个可以选择性地透射入射光。滤光器300a和300b中的每一个可以选择性地透射具有多个入射光的波长中的预定波长的入射光。
46.随着滤光器300a和300b选择性地透射入射光，在光电转换区210a、220a、210b和220b中可以生成对应于已经透过滤光器300a和300b的入射光的光电荷。
47.微透镜400a和400b中的每一个可以会聚入射光，并且可以透射会聚的光，使其被引导或导向半导体基板200。
48.半导体基板200可以包括第一光电转换区210a和210b、第二光电转换区220a和220b、浮置扩散区230a和230b以及凹陷栅极240a和240b。
49.第一光电转换区210a和210b中的每一个可以设置在半导体基板200中，并且可以
通过垂直层叠具有第一导电类型(例如，n型)的多个杂质区而形成。
50.在一些实现方式中，可以在半导体基板200内部生成对应于入射光的电子-空穴对，并且第一光电转换区210a和210b可以收集电子或空穴。例如，第一光电转换区210a和210b可以包括光电二极管、光电晶体管、光电门或其组合。
51.第二光电转换区220a和220b可以设置在半导体基板200内部，并且可以形成为与第一光电转换区210a和210b的至少一个表面接触。在一些实现方式中，第二光电转换区220a和220b可以形成为与第一光电转换区210a和210b的至少一部分交叠。
52.第二光电转换区220a和220b可以具有第一导电类型(例如，n型)，并且第二光电转换区220a和220b也可以以与第一光电转换区210a和210b类似的方式收集对应于入射光的电子-空穴对。
53.第二光电转换区220a和220b可以设置成与凹陷栅极240a和240b间隔开。随着第二光电转换区220a和220b的形成，可以减小由于单位像素px1和px2中的凹陷栅极240a和240b的深度之间的差异而导致的光电转换区(220a、220b)和凹陷栅极(240a、240b)之间的距离差异。
54.浮置扩散区230a和230b可以形成为与半导体基板200的一个表面相邻，并且可以与第一光电转换区210a和210b以及第二光电转换区220a和220b分隔开。此外，浮置扩散区230a和230b可以形成为与凹陷栅极240a和240b接触。
55.浮置扩散区230a可以接收并存储由光电转换区210a和220a生成的光电荷。浮置扩散区230b可以接收并存储由光电转换区210b和220b生成的光电荷。根据施加到凹陷栅极240a的信号，光电荷可以从光电转换区210a和220a转移到浮置扩散区230a，并且根据施加到凹陷栅极240b的信号，光电荷可以从光电转换区210b和220b转移到浮置扩散区230b。
56.例如，凹陷栅极240a和240b中的每一个可以是包括在转移晶体管中的转移栅极，并且施加到凹陷栅极240a和240b的信号可以是转移信号。浮置扩散区230a和230b可以具有第一导电类型(例如，n型)。
57.凹陷栅极240a和240b中的每一个可以形成为从半导体基板200的一个表面延伸到半导体基板200的内部。凹陷栅极240a可以包括栅极电极241a和栅极绝缘层242a，凹陷栅极240b可以包括栅极电极241b和栅极绝缘层242b。栅极电极241a可以通过栅极绝缘层242a与形成在半导体基板200中的装置电隔离，并且栅极电极241b可以通过栅极绝缘层242b与形成在半导体基板200中的装置电隔离。
58.栅极电极241a和241b中的每一个可以包括导电材料。例如，导电材料可以包括金属和多晶硅。栅极绝缘层242a和242b中的每一个可以包括氧化硅、氮化硅或高介电常数(高k)材料。
59.栅极绝缘层242a和242b可以形成为与半导体基板200的一个表面接触，并且可以形成为围绕栅极电极241a和241b。在半导体基板200中形成凹陷栅极240a和240b的区域可以称为凹陷区。
60.由于各种原因(例如，工艺误差)，凹陷栅极240a和240b从半导体基板200的一个表面形成的深度可能对于每个单位像素不同。
61.例如，参照图2，包括在第一单位像素px1中的凹陷栅极240a的深度(da)可以大于包括在第二单位像素px2中的凹陷栅极240b的深度(db)。凹陷栅极240a的深度da或凹陷栅
极240b的深度db可以指从半导体基板200的一个表面到每个凹陷栅极240a或240b的底表面的距离。由于单位像素px1的凹陷栅极240a的深度da和单位像素px2的凹陷栅极240b的深度db彼此不同，所以单位像素px1中的凹陷栅极240a和第一光电转换区210a之间的距离以及单位像素px2中的凹陷栅极240b和第一光电转换区210b之间的距离也可能变得不同。
62.例如，当在图2中未形成第二光电转换区220a和220b时，第一单位像素px1中的凹陷栅极240a和第一光电转换区210a之间的距离可以短于第二单位像素px2中的凹陷栅极240b和第一光电转换区210b之间的距离。
63.当第一单位像素px1中的凹陷栅极240a和第一光电转换区210a之间的距离短于第二单位像素px2中的凹陷栅极240b和第一光电转换区210b之间的距离时，第一单位像素px1可以比第二单位像素px2具有更高的光电荷转移效率。
64.当具有相同电压电平的转移信号施加到凹陷栅极240a和240b时，可以基于每单位时间从光电转换区(210a、210b)转移到浮置扩散区(230a、230b)的光电荷的量来确定光电荷转移效率。
65.当转移效率低时，光电转换区210a、210b、220a和220b中生成的光电荷可能不容易转移到浮置扩散区230a和230b。
66.如果转移到第一单位像素px1和第二单位像素px2中的浮置扩散区230a和230b的光电荷的量存在差异，则针对第一单位像素px1和第二单位像素px2生成的像素信号可能不对应于在光电转换区210a和210b中生成的光电荷，并且图像信息中可能出现失真。例如，由于单位像素的凹陷栅极与单位像素的对应的第一光电转换区之间的距离变得不同，所以单位像素彼此具有不同的转移效率，从而可能在图像中引起失真。
67.所公开技术的各种实现方式提供了设置在每个单位像素中的第二光电转换区。在一些实现方式中，第二光电转换区220a形成为与第一单位像素px1中的第一光电转换区210a接触，并且第二光电转换区220b形成为与第二单位像素px2中的第一光电转换区210b接触，从而使得多个单位像素px1和px2的转移效率增加。
68.由于第二光电转换区220a和220b被形成和配置成响应于入射光而操作以生成和收集光电荷，因此提议的实现方式提供了扩展的光电转换区，其包括第一光电转换区210a和210b以及第二光电转换区220a和220b。与没有第二光电转换区220a和220b的情况相比，扩展的光电转换区具有朝向凹陷栅极240a和240b延伸的更大区域。
69.参照图2，当形成第二光电转换区220a和220b时，与没有第二光电转换区220a和220b的情况相比，凹陷栅极240a与包括第一光电转换区210a和第二光电转换区220a的扩展的光电转换区之间的距离d1以及凹陷栅极240b与包括第一光电转换区210b和第二光电转换区220b的扩展的光电转换区之间的距离d2缩短。由于距离d1和d2缩短，因此光电荷可以在每个单位像素中更容易地从光电转换区移动到浮置扩散区。
70.可以根据凹陷栅极240a的深度(da)和形成第二光电转换区220a的深度(la)确定第二光电转换区220a和凹陷栅极240a之间的距离d1，并且可以根据凹陷栅极240b的深度(db)和形成第二光电转换区220b的深度(lb)确定第二光电转换区220b和凹陷栅极240b之间的距离d2。
71.在一些实现方式中，可以确定或调整形成第二光电转换区220a的深度(la)和形成第二光电转换区220b的深度(lb)，使得第一单位像素px1中的第二光电转换区220a和凹陷
栅极240a之间的距离d1以及第二单位像素px2中的第二光电转换区220b和凹陷栅极240b之间的距离d2中的每一个都短于预定距离。在这种情况下，预定距离可以用作实验值，并且可以是单位像素的转移效率等于或大于阈值的距离。
72.在一些其他实现方式中，可以确定或调整形成第二光电转换区220a和220b的深度la和lb，使得第一单位像素px1中的第二光电转换区220a和凹陷栅极240a之间的距离d1以及第二单位像素px2中的第二光电转换区220b和凹陷栅极240b之间的距离d2可以保持恒定。
73.例如，当包括在第一单位像素px1中的凹陷栅极240a的深度(da)大于包括在第二单位像素px2中的凹陷栅极240b的深度(db)时，形成包括在第一单位像素px1中的第二光电转换区220a的深度(la)可以大于形成包括在第二单位像素px2中的第二光电转换区220b的深度(lb)。
74.在一些实现方式中，第一光电转换区210a和20b可以形成在离半导体基板200的一个表面相同的深度处。第二光电转换区220a和220b可以形成为与第一光电转换区210a和210b的一个表面接触，并且包括在第一单位像素px1中的第二光电转换区220a的厚度(ta)可以不同于包括在第二单位像素px2中的第二光电转换区220b的厚度(tb)。
75.例如，包括在第一单位像素px1中的第二光电转换区220a的厚度(ta)可以大于包括在第二单位像素px2中的第二光电转换区220b的厚度(tb)。
76.可以根据所注入的杂质的浓度、杂质注入的强度和注入杂质的工艺次数来调整或改变形成第二光电转换区220a的深度(la)和第二光电转换区220a的厚度(ta)以及形成第二光电转换区220b的深度(lb)和第二光电转换区220b的厚度(tb)。
77.当形成在第一单位像素px1中的第二光电转换区220a的厚度不同于形成在第二单位像素px2中的第二光电转换区220b的厚度时，在第一单位像素px1中生成的光电荷的量和在第二单位像素px2中生成的光电荷的量也可以彼此不同。当在第一单位像素px1和第二单位像素px2之间光电荷的量存在差异时，像素信号中可能出现错误。
78.虽然为了便于解释而夸大了图2中所示的距离和/或深度，但是在实际实现方式中，第二光电转换区220a和220b所占据的区域在尺寸上远小于第一光电转换区210a和210b所占据的区域，从而可以忽略由第二光电转换区220a和220b之间的厚度差所产生的像素信号的错误。
79.图3a至图3h是示出基于所公开技术的一些实现方式的形成单位像素的方法的截面图。
80.参照图3a，可以在半导体基板200中形成第一光电转换区210。第一光电转换区210可以包括多个具有第一导电类型的杂质区。
81.参照图3b，可以在半导体基板200中形成从半导体基板200的一个表面朝向半导体基板200的另一表面延伸的凹陷区rr。
82.可以在半导体基板200的一个表面上形成第一掩模mask1。第一掩模mask1可以与除了形成凹陷区rr的区域之外的剩余区域交叠。
83.可以通过经由蚀刻工艺蚀刻未形成第一掩模mask1的区域来形成凹陷区rr。可以根据将在后续工艺中形成的凹陷栅极240的形状确定凹陷区rr的宽度和深度。
84.参照图3c，可以在除了将形成第二光电转换区220的开口区(io)之外的凹陷区rr
中形成第二掩模mask2。
85.第二掩模mask2可以形成为与凹陷区rr的侧壁和半导体基板200的一个表面重叠。
86.第二掩模mask2可以防止杂质扩散到形成第二掩模mask2的区域中。
87.在一些实现方式中，可以掩蔽除了开口区(io)之外的凹陷区rr，使得第二光电转换区不形成在凹陷区rr的侧壁处，并且第二光电转换区220可以形成在凹陷区rr的底表面处。
88.可以调整或改变掺杂杂质的强度、引入杂质掺杂的次数和引入掺杂杂质的角度，从而也可以调整或改变第二光电转换区220在半导体基板200中形成的位置和第二光电转换区220的形状。
89.在一些实现方式中，可以根据第二掩模mask2的形状和开口区io的形状调整或改变第二光电转换区220的形状。
90.例如，可以增加掺杂杂质的强度，从而也可以增加从半导体基板200的一个表面形成第二光电转换区220的深度。当第一光电转换区210的位置远离半导体基板200的一个表面时，可以通过强掺杂杂质而将第二光电转换区220形成为与第一光电转换区210的一个表面接触。
91.在一些实现方式中，当引入掺杂杂质的次数增加时，第二光电转换区220的厚度可以变大。随着杂质掺杂工艺被调整，凹陷区rr的底表面和第二光电转换区220之间的距离也可以被调整。
92.对于包括在像素阵列110中的所有单位像素，如果确定凹陷区rr的底表面和第二光电转换区220之间的距离短于预定距离，则在所有单位像素内电荷可以容易地从第一光电转换区210流向浮置扩散区230。
93.可选地，对于包括在像素阵列110中的所有单位像素，可以将凹陷区rr的底表面和第二光电转换区220之间的距离设置为预定距离，从而可以将电荷转移特性调整为在所有像素中恒定。
94.参照图3d，可以在半导体基板200中形成浮置扩散区230。可以用具有第一导电类型的杂质掺杂浮置扩散区230。可以通过从半导体基板200的一个表面注入具有第一导电类型的杂质来形成浮置扩散区230。
95.形成在浮置扩散区230和第二光电转换区220之间的沟道区的长度可以根据浮置扩散区230和第二光电转换区220之间的距离而变化。例如，当处于激活电平的电压施加到凹陷栅极240时，可以形成沟道区。在第一光电转换区210中生成的电子可以在穿过第二光电转换区220和沟道区之后转移到浮置扩散区230。
96.例如，凹陷栅极240可以是包括在转移晶体管中的转移晶体管栅极，并且施加到凹陷栅极240的信号可以是转移信号。
97.参照图3e，栅极绝缘层242可以形成为与半导体基板200的一个表面和凹陷区rr交叠。
98.例如，栅极绝缘层242可以包括氧化硅、氮化硅或高介电常数(高k)材料。
99.在一些其他实现方式中，在形成栅极绝缘层242之后，可以从半导体基板200的另一表面注入具有第一导电类型的杂质。
100.参照图3f，栅极电极241可以形成为与栅极绝缘层242的上部接触。栅极电极241可
以设置在形成有栅极绝缘层242的凹陷区rr中，并且可以包括诸如金属或多晶硅的导电材料。
101.凹陷栅极240可以包括栅极电极241和栅极绝缘层242。根据施加到凹陷栅极240的电压电平，在第一光电转换区中生成的电荷可以转移到浮置扩散区230。
102.参照图3g，滤光器300可以形成为与半导体基板200的另一表面接触。
103.滤光器300可以根据入射光的波长选择性地透射入射光，并且已经透过滤光器300的入射光可以在第一光电转换区210中转换成光电荷。
104.参照图3h，微透镜400可以形成为与滤光器300接触。微透镜可以允许入射光被引导或导向包括在单位像素中的装置。
105.图4是示出基于所公开技术的一些实现方式的单位像素的等效电路的电路图。
106.参照图4，示出了包括第一光电转换区和第二光电转换区的光电转换区pd、转移晶体管tx、浮置扩散区fd、复位晶体管rx、驱动晶体管dx以及选择晶体管sx之间的连接关系。
107.此外，分别施加于晶体管tx、rx和sx的信号ts、rs和ss如图4所示。
108.图2至图3h所示的凹陷栅极240可以对应于包括在转移晶体管tx中的转移栅极。此外，图2至图3h中所示的第一光电转换区(210a、210b、210)和第二光电转换区(220a、220b、220)可以对应于光电转换区pd，并且图2至图3h中所示的浮置扩散区230可以对应于浮置扩散区fd。
109.图2至图3h中未描述的复位晶体管rx、驱动晶体管dx和选择晶体管sx’可以设置在晶体管区域中。
110.转移晶体管tx可以设置在光电转换区pd和浮置扩散区fd之间。
111.转移信号ts可以施加到转移晶体管tx。根据转移信号ts的电压电平，在光电转换区pd中生成的光电荷可以转移到浮置扩散区fd。例如，转移信号ts可以具有激活电压电平或去激活电压电平。
112.当转移信号ts具有激活电压电平时，光电荷可以从光电转换区pd转移到浮置扩散区fd。
113.光电荷可以存储在浮置扩散区fd中。
114.转移到浮置扩散区fd的光电荷可以被驱动晶体管dx放大。浮置扩散区fd可以连接到驱动晶体管dx的栅极。
115.此外，浮置扩散区fd可以连接到复位晶体管rx的一端。复位晶体管rx的另一端可以连接到像素电压vdd。可以根据施加到复位晶体管rx的栅极的复位控制信号rs的电压电平使包括在单位像素中的光电转换区pd和浮置扩散区fd复位到像素电压vdd。
116.由于光电转换区pd和浮置扩散区fd复位为像素电压vdd，因此可以精确地测量响应于入射光而生成的光电荷的量。
117.当复位控制信号rs具有激活电压电平时，转移信号ts可以具有激活电压电平。当复位控制信号rs和转移信号ts中的每一个都具有激活电压电平时，光电转换区pd和浮置扩散区fd可以彼此电连接，并且可以复位到像素电压vdd。
118.选择晶体管sx可以根据选择控制信号ss选择性地输出由驱动晶体管dx放大的信号。从选择晶体管sx的一端输出的信号可以称为像素信号。
119.图像感测装置100可以基于从每个单位像素输出的像素信号生成图像信息。
120.如从以上描述中显而易见的，基于所公开技术的一些实现方式的图像感测装置可以允许第二光电转换区设置在凹陷栅极和第一光电转换区之间，使得第一光电转换区中生成的光电荷的转移效率可以通过第二光电转换区而增加。
121.所公开的技术的实施方式可以提供能够通过上述专利文献直接或间接认识到的多种效果。
122.尽管已经描述了多个例示性实施方式，但是应当理解，可以基于本专利文献中描述和/或示出的内容来设计对所公开的实施方式的变型和/或增强和其他实施方式。
123.相关申请的相交引用
124.本专利文献要求于2022年1月21日提交的韩国专利申请no.10-2022-0009282的优先权和利益，其公开内容通过引用整体并入本文，作为本专利文献的公开内容的一部分。

技术特征：
1.一种制造图像感测装置的方法，所述方法包括以下步骤：在半导体基板中形成第一光电转换区；形成在从所述半导体基板的表面向所述半导体基板的内部的方向上延伸的凹陷区；在所述凹陷区的一部分中布置掩模；通过所述凹陷区形成第二光电转换区；以及在所述凹陷区中形成凹陷栅极，其中，所述第二光电转换区的厚度基于所述凹陷栅极的深度，从所述半导体基板的所述表面到所述凹陷栅极的底表面测量所述凹陷栅极的深度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二光电转换区与所述第一光电转换区的表面接触。3.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述凹陷栅极的步骤包括以下步骤：在所述凹陷栅极中形成栅极绝缘层；以及在所述栅极绝缘层的上部形成栅极电极。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二光电转换区掺杂有导电类型与所述第一光电转换区的导电类型相同的杂质。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二光电转换区与所述凹陷栅极间隔开。6.根据权利要求1所述的方法，其中，布置所述掩模的步骤包括以下步骤：选择性地掩蔽除了要形成所述第二光电转换区的区域之外的所述凹陷区。7.根据权利要求6所述的方法，其中，布置所述掩模的步骤包括以下步骤：将所述掩模布置在所述凹陷区的侧表面处，使得所述掩模不设置在所述凹陷区的底表面处。8.根据权利要求7所述的方法，其中，形成所述第二光电转换区的步骤包括以下步骤：通过所述凹陷区的未被掩蔽的所述底表面注入杂质。9.一种图像感测装置，所述图像感测装置包括：多个单位像素的像素阵列，所述单位像素响应于入射光而产生电荷以用于成像感测，其中，所述多个单位像素中的每一个包括：第一光电转换区，所述第一光电转换区设置在半导体基板中；凹陷栅极，所述凹陷栅极在从所述半导体基板的表面到所述半导体基板的内部的方向上延伸；以及第二光电转换区，所述第二光电转换区设置在所述凹陷栅极和所述第一光电转换区之间，并且其中，在包括在所述像素阵列中的第一单位像素和第二单位像素中，从所述半导体基板的所述表面到所述第一单位像素中的凹陷栅极的底表面测量的包括在所述第一单位像素中的凹陷栅极的深度大于从所述半导体基板的所述表面到所述第二单位像素中的凹陷栅极的底表面测量的包括在所述第二单位像素中的凹陷栅极的深度，包括在所述第一单位像素中的第二光电转换区的厚度小于包括在所述第二单位像素中的第二光电转换区的厚度。10.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中，
在所述多个单位像素中的每一个中，所述第二光电转换区与所述第一光电转换区的表面接触。11.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中，在所述多个单位像素中的每一个中，所述第二光电转换区与所述凹陷栅极间隔开。12.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中，在所述多个单位像素中的每一个中，所述第二光电转换区掺杂有导电类型与所述第一光电转换区的导电类型相同的杂质。13.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中，所述凹陷栅极还包括：栅极电极；以及栅极绝缘层，所述栅极绝缘层设置在所述栅极电极和所述第二光电转换区之间。14.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中，所述第一单位像素的凹陷栅极的底表面和第二光电转换区之间的第一距离等于所述第二单位像素的凹陷栅极的底表面和第二光电转换区之间的第二距离。15.根据权利要求14所述的图像感测装置，其中，所述第一单位像素的凹陷栅极的深度与所述第一单位像素的第二光电转换区的厚度之和等于所述第二单位像素的凹陷栅极的深度与所述第二单位像素的第二光电转换区的厚度之和。16.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中，所述第一单位像素的第一光电转换区和所述第二单位像素的第一光电转换区包括更靠近所述半导体基板的所述表面的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面。17.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中，所述第一单位像素和所述第二单位像素中的每一个的第二光电转换区的厚度取决于杂质的浓度、杂质注入的强度或杂质注入的次数。18.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中，所述凹陷栅极对应于包括在转移晶体管中的转移晶体管栅极。19.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中，所述第一单位像素和所述第二单位像素还包括浮置扩散区，所述浮置扩散区设置成分别与所述第一单位像素的凹陷栅极和所述第二单位像素的凹陷栅极接触。20.根据权利要求19所述的图像感测装置，其中，在所述第一单位像素和所述第二单位像素的每一个中，在所述浮置扩散区和所述第二光电转换区之间形成的沟道区的长度取决于所述浮置扩散区和所述第二光电转换区之间的距离。

技术总结
本公开涉及图像感测装置及制造图像感测装置的方法。一种制造图像感测装置的方法包括：在半导体基板中形成第一光电转换区；形成从半导体基板的表面向半导体基板的内部延伸的凹陷区；在凹陷区的一部分中布置掩模；通过凹陷区形成第二光电转换区；以及在凹陷区中形成凹陷栅极。第二光电转换区的厚度根据凹陷栅极的深度而改变，并且将凹陷栅极的深度设置为从半导体基板的一个表面到凹陷栅极的底表面的距离。的距离。的距离。


技术研发人员：赵珍嬉 权永俊
受保护的技术使用者：爱思开海力士有限公司
技术研发日：2022.10.27
技术公布日：2023/7/31