图像传感器制造技术

提供了一种图像传感器。所述图像传感器包括：半导体基底，包括彼此相对的第一表面和第二表面；光电转换区，位于半导体基底中；垂直传输栅极，从第一表面朝向光电转换区延伸到半导体基底中；浮置扩散区，设置在半导体基底中，与垂直传输栅极间隔开，并且为n型杂质区；以及第二杂质区，设置在垂直传输栅极与浮置扩散区之间，并且为p型杂质区。并且为p型杂质区。并且为p型杂质区。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器
[0001]本申请要求在韩国知识产权局于2022年3月4日提交的第10
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2022
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0028272号韩国专利申请和于2022年10月6日提交的第10
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2022
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0127722号韩国专利申请的优先权，这些韩国专利申请的公开内容通过引用全部包含于此。


[0002]本公开涉及一种图像传感器及其像素结构。

技术介绍

[0003]图像感测装置是用于将光学信号转换为电信号的半导体装置。图像感测装置包括互补金属氧化物半导体(CMOS)型图像感测装置，并且可以被称为CMOS图像传感器(CIS)。
[0004]CIS包括二维地布置的多个像素。每个像素包括光电二极管。光电二极管(PD)被构造为从入射光产生电荷。PD中产生的电荷通过传输晶体管(TX)传输到浮置扩散区(FD)，并且在这种情况下，传输的电荷引起浮置扩散区(FD)的电压(V)的变化。例如，浮置扩散区(FD)的电压(V)可以由等式V＝Qfd/Cfd给出，其中，Cfd是FD电容，Qfd是传输的电荷的量。电压(V)用作输入到源极跟随器(SF)的栅极的信号。
[0005]转换增益(CG)表示源极跟随器的输出电压(Vsl)的由浮置扩散区中的电荷的量的变化(ΔQ)引起的变化(ΔVsl)，并且对应于由FD电容(Cfd)引起的增益与SF电路的增益的乘积。
[0006]近来，存在对具有精细像素和高操作速度的图像传感器的日益增长的需求，因此，需要开发即使当浮置扩散区中的电荷量变化(ΔQfd)小时也能够精确地感测图像信号的高转换增益(HCG)像素。

技术实现思路

[0007]实施例提供了一种图像传感器，该图像传感器包括具有高转换增益(HCG)性质的像素并因而具有改善的性能。
[0008]详细地，像素可以设置为使增益通过FD电容增大，并且实施例提供了一种操作图像传感器的方法。由于像素的高转换增益性质，图像传感器可以用作能够感测由单个光子引起的电信号的变化的光子计数传感器。
[0009]根据实施例，一种图像传感器包括：半导体基底，包括彼此相对的第一表面和第二表面；光电转换区，位于半导体基底中；垂直传输栅极，从第一表面朝向光电转换区延伸到半导体基底中；浮置扩散区，设置在半导体基底中，与垂直传输栅极间隔开，并且为n型杂质区；以及第二杂质区，设置在垂直传输栅极与浮置扩散区之间，并且为p型杂质区。
[0010]根据实施例，一种图像传感器包括：半导体基底，包括彼此相对的第一表面和第二表面；第一像素至第四像素，由半导体基底中的深沟槽隔离件界定；第一光电转换区至第四光电转换区，分别位于第一像素至第四像素中；第一垂直传输栅极至第四垂直传输栅极，分别设置在第一像素至第四像素中并且从第一表面朝向第一光电转换区至第四光电转换区
延伸到半导体基底中；第二杂质区，位于半导体基底中，与第一垂直传输栅极至第四垂直传输栅极相邻，并且为p型杂质区；以及公共浮置扩散区，与第一垂直传输栅极至第四垂直传输栅极间隔开且使第二杂质区置于公共浮置扩散区与第一垂直传输栅极至第四垂直传输栅极之间。
[0011]根据实施例，一种图像传感器包括：半导体基底，包括多个像素，所述多个像素以矩阵布置并被配置为产生电信号；模数转换器，被配置为将电信号转换为数字信号；以及累积器，被配置为对数字信号执行加法累积操作以产生图像信号。所述多个像素中的每个像素包括：垂直传输栅极，从半导体基底的第一表面朝向半导体基底中的光电转换区延伸；以及浮置扩散区，与垂直传输栅极间隔开，并且为n型杂质区。
附图说明
[0012]通过下面结合附图对示例实施例的描述，以上和其他方面和特征将变得更加清楚。
[0013]图1是示出根据实施例的图像传感器的像素的电路图。
[0014]图2是示出根据实施例的图像传感器的像素的剖视图。
[0015]图3是示出根据实施例的图2的电流路径P1
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P2上的电子的势能的由施加到垂直传输栅极的信号引起的变化的图。
[0016]图4A、图4B和图4C是根据实施例的在图2的第一表面上观看的平面图。
[0017]图5是示出根据实施例的图像传感器的像素的剖视图。
[0018]图6是示出根据实施例的图5的电流路径P1
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P2上的电子的势能的由施加到垂直传输栅极的信号引起的变化的图。
[0019]图7A是示出根据实施例的像素结构的剖视图。
[0020]图7B是根据实施例的在图7A的第一表面上观看的平面图。
[0021]图8是示出根据实施例的图像传感器的像素的电路图。
[0022]图9是根据实施例的像素结构的剖视图。
[0023]图10A、图10B和图10C是根据实施例的在图9的第一表面上观看的平面图。
[0024]图11是示出根据实施例的图像传感器的框图。
[0025]图12是示出根据实施例的图像传感器的三维图。
具体实施方式
[0026]在下文中，结合附图对实施例进行描述。在此描述的实施例是示例实施例，因此，本公开不限于此而是可以以各种其他形式实现。在下面的描述中提供的每个实施例不排除与在此另外提供的或在此未提供但与本公开一致的另一示例或另一实施例的一个或更多个特征相关。将理解的是，当元件或层被称为“在”另一元件或层“上”、“连接到”或“结合到”另一元件或层时，该元件或层可以直接在所述另一元件或层上、直接连接到或直接结合到所述另一元件或层，或者可以存在居间元件或居间层。相反，当元件被称为“直接在”另一元件或层“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件或层时，不存在居间元件或居间层。如在此使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或更多个的任何组合和全部组合。诸如
“……
中的至少一个(种/者)”的表述在缀于一列元件之前(之后)时，修改整列元件而不是
修改该列中的个别元件。例如，表述“a、b和c中的至少一个”应被理解为包括仅a、仅b、仅c、a和b两者、a和c两者、b和c两者、或者a、b和c中的全部。
[0027][用于高转换增益操作的图像传感器像素][0028]图1是示出根据实施例的图像传感器的像素的电路图。
[0029]参照图1，图像传感器的像素可以包括光电转换区PD、传输晶体管TX、复位晶体管RX、驱动晶体管DX和选择晶体管SX，传输晶体管TX被配置为响应于传输栅极信号TG而将光电转换区PD中的电荷传输到浮置扩散区FD，复位晶体管RX被配置为响应于复位栅极信号RG而排出(drain)浮置扩散区FD中的电荷，驱动晶体管DX被配置为产生与存储在浮置扩散区FD中的电荷的量对应的输出信号，选择晶体管SX被配置为响应于选择信号SEL而将输出信号输出到列线COL。
[0030]驱动晶体管DX可以被称为源极跟随器放大器(SF)。驱动晶体管DX的栅极可以连接到像素的浮置扩散区FD，对源极跟随器放大器的源极的电压输入(Vin本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，所述图像传感器包括：半导体基底，包括彼此相对的第一表面和第二表面；光电转换区，位于半导体基底中；垂直传输栅极，从第一表面朝向光电转换区延伸到半导体基底中；浮置扩散区，设置在半导体基底中，与垂直传输栅极间隔开，并且为n型杂质区；以及第二杂质区，设置在垂直传输栅极与浮置扩散区之间，并且为p型杂质区。2.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位于第二杂质区与浮置扩散区之间的第三杂质区，其中，第三杂质区的p型杂质浓度比第二杂质区的p型杂质浓度低，并且其中，第二杂质区的宽度大于第三杂质区的宽度。3.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：第一接触金属，位于垂直传输栅极上；第二接触金属，位于浮置扩散区上；以及深沟槽隔离件，平行地延伸，并且限定像素区，其中，从第一接触金属的中心轴到第二接触金属的中心轴的距离大于像素长度的1/3，像素长度是深沟槽隔离件之间的距离。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第一杂质区，第一杂质区设置在光电转换区与第二杂质区之间并与垂直传输栅极相邻，其中，第一杂质区的p型杂质浓度比第二杂质区的p型杂质浓度高，并且其中，第二杂质区的高度比第一杂质区的高度高。5.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：第一接触金属，位于垂直传输栅极上；以及第二接触金属，位于浮置扩散区上，其中，从垂直传输栅极的上部部分的边缘到第二接触金属的中心轴的距离大于从垂直传输栅极的下部部分的中心轴到垂直传输栅极的上部部分的边缘的距离的1/2。6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，在单个像素区中，垂直传输栅极的下部部分包括多个栅极结构。7.根据权利要求6所述的图像传感器，所述图像传感器还包括平行地延伸并界定像素区的深沟槽隔离件，其中，所述多个栅极结构中的两个栅极结构之间的距离比像素长度的1/5短，像素长度是深沟槽隔离件之间的距离。8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，垂直传输栅极在平面图中呈L形状。9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，垂直传输栅极在平面图中呈环形状，并且其中，浮置扩散区被呈环形状的垂直传输栅极环绕。10.一种图像传感器，所述图像传感器包括：半导体基底，包括彼此相对的第一表面和第二表面；第一像素至第四像素，由半导体基底中的深沟槽隔离件界定；第一光电转换区至第四光电转换区，分别位于第一像素至第四像素中；第一垂直传输栅极至第四垂直传输栅极，分别设置在第一像素至第四像素中并且从第
一表面朝向第一光电转换区至第四光电转换区延伸到半导...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑海旭，李元奭，李旼哲，伊藤真路，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：