相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2016年3月22日提交的申請?zhí)枮?0-2016-0034041的韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)，其通過引用整體合并于此。

本發(fā)明的示例性實施例涉及一種半導(dǎo)體器件制造技術(shù)，更具體地，涉及一種圖像傳感器和制造其的方法。

背景技術(shù)：

圖像傳感器將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)變成電信號。近來，由于計算機(jī)產(chǎn)業(yè)和通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各種設(shè)備(諸如數(shù)字相機(jī)、便攜式攝像機(jī)、個人通信系統(tǒng)(pcs)、游戲機(jī)、監(jiān)控攝像頭、醫(yī)用微型攝像頭和機(jī)器人)對具有改進(jìn)的性能的圖像傳感器的需求已經(jīng)增加。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

各種實施例針對提供一種具有改進(jìn)性能的圖像傳感器。

在一個實施例中，一種圖像傳感器可以包括：襯底，包括光電轉(zhuǎn)換元件；柱體，形成在光電轉(zhuǎn)換元件之上，且具有凹-凸側(cè)壁；溝道膜，沿柱體的表面形成，且具有耦接到光電轉(zhuǎn)換元件的至少一端；以及傳輸柵極，形成在溝道膜之上。

柱體可以包括層疊結(jié)構(gòu)，在所述層疊結(jié)構(gòu)中，第一絕緣層和第二絕緣層交替層疊n次，其中，n是正整數(shù)。第一絕緣層與第二絕緣層可以具有彼此不同的刻蝕選擇性。層疊結(jié)構(gòu)的最上層可以由第一絕緣層形成，以及其中，層疊結(jié)構(gòu)的最下層可以由第一絕緣層形成。第二絕緣層的厚度可以大于第一絕緣層的厚度。第二絕緣層的線寬可以小于第一絕緣層的線寬。第一絕緣層可以包括氧化物。第二絕緣層可以包括氮化物。

溝道膜可以包括多晶硅。溝道膜可以包括未摻雜多晶硅或p型多晶硅。溝道膜可以包括n型多晶硅。傳輸柵極可以包括暴露溝道膜的一部分的開口部分。

在一個實施例中，一種圖像傳感器可以包括：有源區(qū)和光電轉(zhuǎn)換元件，設(shè)置在襯底中；隔離結(jié)構(gòu)，形成在襯底中且在有源區(qū)與光電轉(zhuǎn)換元件之間；第一柱體，形成在光電轉(zhuǎn)換元件之上，且具有凹-凸側(cè)壁；第一溝道膜，沿第一柱體的表面形成，且具有耦接到光電轉(zhuǎn)換元件的至少一端；第一柵極，形成在第一溝道膜之上；第二柱體，形成在有源區(qū)之上；源極區(qū)和漏極區(qū)，形成在有源區(qū)中，使得第二柱體位于源極區(qū)與漏極區(qū)之間；第二溝道膜，沿第二柱體的表面形成，且具有在第二溝道膜兩側(cè)上的分別耦接到源極區(qū)和漏極區(qū)的端部；以及第二柵極，形成在第二溝道膜之上。

第一柱體和第二柱體中的每個可以包括層疊結(jié)構(gòu)，在所述層疊結(jié)構(gòu)中，第一絕緣層與第二絕緣層交替層疊n次，其中，n為正整數(shù)。第一絕緣層與第二絕緣層可以具有彼此不同的刻蝕選擇性。層疊結(jié)構(gòu)的最上層可以由第一絕緣層形成，以及其中，層疊結(jié)構(gòu)的最下層可以由第一絕緣層形成。第二絕緣層的厚度可以大于第一絕緣層的厚度。在第一柱體的層疊結(jié)構(gòu)中，第二絕緣層的線寬可以小于第一絕緣層的線寬。第一絕緣層可以包括氧化物。第二絕緣層可以包括氮化物。

第一柱體與第二柱體可以在垂直長度上彼此相同。第二柱體可以具有垂直側(cè)壁。第二柱體可以具有凹-凸側(cè)壁。第一溝道膜和第二溝道膜中的每個可以包括多晶硅。第一溝道膜可以包括未摻雜多晶硅或p型多晶硅。第一溝道膜可以包括n型多晶硅。第二溝道膜可以包括p型多晶硅。第一柵極可以包括暴露第一溝道膜的一部分的開口部分。第一柵極可以包括傳輸柵極。第二柵極可以包括重置柵極、源極跟隨器柵極或選擇柵極。

在一個實施例中，一種用于制造圖像傳感器的方法可以包括：在襯底之上形成多層膜，其中，多層膜包括交替層疊n次的第一絕緣層和第二絕緣層，其中，光電轉(zhuǎn)換元件設(shè)置在襯底中且在多層膜之下；通過刻蝕多層膜來形成具有垂直側(cè)壁的柱體；對第二絕緣層進(jìn)行圖案化，使得柱體具有凹-凸側(cè)壁；沿包括柱體的結(jié)構(gòu)的表面形成溝道膜；以及在溝道膜之上形成傳輸柵極。此外，該方法還可以包括：形成開口部分，所述開口部分在傳輸柵極中且暴露溝道膜的一部分。

在一個實施例中，一種用于制造圖像傳感器的方法可以包括：在襯底中形成有源區(qū)和光電轉(zhuǎn)換元件；

在襯底中且在有源區(qū)與光電轉(zhuǎn)換元件之間形成隔離結(jié)構(gòu)；在襯底之上形成多層膜，其中，多層膜包括交替層疊n次的第一絕緣層和第二絕緣層，其中，n是正整數(shù)；刻蝕多層膜以分別在光電轉(zhuǎn)換元件和有源區(qū)之上形成第一柱體和第二柱體，其中，第一柱體和第二柱體中的每個具有垂直側(cè)壁；刻蝕第一柱體中的第二絕緣層，使得第一柱體具有凹-凸側(cè)壁；沿包括第一柱體和第二柱體的結(jié)構(gòu)的表面形成保留溝道膜；在保留溝道膜之上形成柵極絕緣層；在柵極絕緣層之上形成柵極導(dǎo)電膜；對柵極導(dǎo)電膜進(jìn)行圖案化以形成第一柵極和第二柵極，其中，第一柵極形成在第一柱體的凹-凸側(cè)壁之上，其中，第二柵極形成在第二柱體的垂直側(cè)壁之上；對保留溝道膜進(jìn)行圖案化以形成第一溝道膜和第二溝道膜，其中，第一溝道膜形成在第一柱體的凹-凸側(cè)壁與第一柵極之間，其中，第二溝道膜形成在第二柱體的垂直側(cè)壁與第二柵極之間；以及對柵極絕緣層進(jìn)行圖案化以形成第一柵極絕緣圖案和第二柵極絕緣圖案，其中，第一柵極絕緣圖案形成在第一溝道膜與第一柵極之間，其中，第二柵極絕緣圖案形成在第二溝道膜與第二柵極之間。此外，該方法還可以包括：形成開口，所述開口在第一柵極中且暴露第一溝道膜的一部分。此外，該方法還可以包括：在形成保留溝道膜之后，將第一雜質(zhì)和第二雜質(zhì)分別摻雜至形成在光電轉(zhuǎn)換元件之上的保留溝道膜中和形成在有源區(qū)之上的保留溝道膜中。

附圖說明

圖1是示意性地圖示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖像傳感器的框圖。

圖2是圖示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖像傳感器的像素陣列的一部分的平面圖。

圖3是沿圖2的a-a’線截取的剖視圖。

圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的圖像傳感器的像素陣列的一部分的平面圖。

圖5a-5e是沿圖2的a-a’線截取的剖視圖以用于制造根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖像傳感器。

圖6是示意性地圖示包括圖1中所示的圖像傳感器的電子設(shè)備的示圖。

具體實施方式

下面將參照附圖來更詳細(xì)地描述各種實施例。然而，本發(fā)明可以以不同的形式來實施，而不應(yīng)當(dāng)被解釋為局限于本文中所闡述的實施例。相反地，這些實施例被提供使得此公開將徹底且完整，且這些實施例將把本發(fā)明的范圍充分傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。貫穿本公開，相同的附圖標(biāo)記在本發(fā)明的各種附圖和實施例中始終指代相同的部分。

附圖不一定成比例，且在一些情況下，可能已經(jīng)夸大了比例以清楚地示出實施例的特征。當(dāng)?shù)谝粚颖环Q作在第二層“上”或在襯底“上”時，其不僅指第一層直接形成在第二層或襯底上的情況，還指在第一層與第二層或襯底之間存在第三層的情況。

本文中要描述的本發(fā)明的實施例提供具有改進(jìn)性能的圖像傳感器和用于制造其的方法。在這種情況下，具有改進(jìn)性能的圖像傳感器可以意味著能夠提供高像素圖像的圖像傳感器。為了提供高像素圖像，需要在有限區(qū)域之內(nèi)已經(jīng)集成了最大數(shù)量的單位像素的圖像傳感器。相應(yīng)地，在根據(jù)一個實施例的圖像傳感器中，多個單位像素中的每個可以包括具有垂直傳輸柵極的傳輸晶體管，且可以具有在其中已經(jīng)層疊了傳輸晶體管和光電轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)。

圖1是示意性地圖示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖像傳感器的框圖。如圖1中所示，圖像傳感器可以包括像素陣列100、相關(guān)雙采樣(cds)單元120、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)130、緩沖器140、行驅(qū)動器150、時序發(fā)生器160、控制寄存器170和斜坡信號發(fā)生器180。像素陣列100可以包括按照矩陣布置的多個單位像素110。

時序發(fā)生器160可以產(chǎn)生一個或更多個控制信號以控制行驅(qū)動器150、cds單元120、adc130和斜坡信號發(fā)生器180?？刂萍拇嫫?70可以產(chǎn)生一個或更多個控制信號以控制斜坡信號發(fā)生器180、時序發(fā)生器160和緩沖器140。

行驅(qū)動器150可以逐行地驅(qū)動像素陣列100。例如，行驅(qū)動器150可以產(chǎn)生選擇信號以選擇多個行線之中的任意一個行線。單位像素110中的每個可以感測入射光，并經(jīng)由列線來將圖像重置信號和圖像信號輸出給cds單元120。cds單元120可以響應(yīng)于圖像重置信號和圖像信號來執(zhí)行采樣。

adc130可以將從斜坡信號發(fā)生器180輸出的斜坡信號與從cds單元120輸出的采樣信號進(jìn)行比較，并輸出比較信號。根據(jù)從時序發(fā)生器160提供的時鐘信號，adc130可以對比較信號的電平轉(zhuǎn)變時間計數(shù)，并將計數(shù)值輸出給緩沖器140。斜坡信號發(fā)生器180可以在時序發(fā)生器160的控制下工作。

緩沖器140可以儲存從adc130輸出的多個數(shù)字信號，然后感測和放大數(shù)字信號。緩沖器140可以包括存儲器(未示出)和感測放大器(未示出)。存儲器可以儲存計數(shù)值。計數(shù)值可以表示從多個單位像素110輸出的信號。感測放大器可以感測和放大從存儲器輸出的計數(shù)值。

為了提供高像素圖像，像素陣列100之內(nèi)集成的單位像素110的數(shù)量必須增加。即，需要在有限區(qū)域之內(nèi)集成更多的單位像素110。因此，需要減小單位像素110的物理尺寸。然而，如果單位像素110的物理尺寸減小，由于圖像傳感器基于由每個單位像素響應(yīng)于入射光而產(chǎn)生的像素信號來工作，因此單位像素110的特性會不可避免地劣化。

相應(yīng)地，為了防止單位像素100的特性因高度集成而劣化，已經(jīng)提出了包括具有垂直溝道的晶體管的三維像素，該垂直溝道能夠使光電轉(zhuǎn)換元件的填充因子最大化。在三維像素中，雖然所需的溝道長度通過增加溝道的高度來保證，但是因為該高度不可能無限制增加，因此難以保證所需的溝道長度。因此，單位像素的特性因短溝道效應(yīng)而劣化。此外，難以為具有不同功能的晶體管提供各種溝道長度。

相應(yīng)地，在下面的本發(fā)明的實施例中，參照附圖來詳細(xì)地描述一種圖像傳感器，該圖像傳感器能夠高度集成，能夠防止因集成度的增加而引起的特性劣化以及能夠為具有不同功能的晶體管提供各種溝道長度。

圖2是圖示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖像傳感器的像素陣列的一部分的平面圖。圖3是沿圖2的a-a’線截取的剖視圖。

如圖2中所示，根據(jù)一個實施例的圖像傳感器包括像素陣列100。像素陣列100可以包括多個單位像素110。多個單位像素110中的每個可以包括光接收單元110a和輸出單元110b，其中光接收單元110a包括光電轉(zhuǎn)換元件pd和傳輸晶體管tx，輸出單元110b包括重置晶體管rx、源極跟隨器晶體管sfx和選擇晶體管sx。圖3示出了輸出單元110b的源極跟隨器晶體管sfx。

在根據(jù)一個實施例的圖像傳感器中，多個單位像素110可以通過形成在襯底200中的隔離結(jié)構(gòu)202來彼此分離。此外，多個單位像素110中的每個單位像素的光接收單元110a和輸出單元110b可以通過隔離結(jié)構(gòu)202來彼此分離。此外，輸出單元110b的有源區(qū)203可以通過隔離結(jié)構(gòu)202來限定。

襯底200可以包括半導(dǎo)體襯底。半導(dǎo)體襯底可以為單晶狀態(tài)，且可以包括含硅材料。即，襯底200可以包括單晶含硅材料。此外，襯底200可以為經(jīng)由減薄工藝而減薄的襯底。例如，襯底200可以為經(jīng)由減薄工藝而減薄的塊體硅襯底。

隔離結(jié)構(gòu)202可以包括淺溝槽隔離(sti)、深溝槽隔離(dti)或雜質(zhì)區(qū)。雜質(zhì)區(qū)可以已經(jīng)通過將雜質(zhì)注入或摻雜至襯底200中而形成。例如，雜質(zhì)區(qū)可以為通過將硼(b)(即，p型雜質(zhì))注入或摻雜至襯底200中而形成的p型雜質(zhì)區(qū)。隔離結(jié)構(gòu)202可以包括sti、dti和雜質(zhì)區(qū)中的任意一種，或者可以包括sti、dti和雜質(zhì)區(qū)中的兩種或更多種的組合。例如，圍繞光電轉(zhuǎn)換元件pd的隔離結(jié)構(gòu)202可以為dti，或者可以具有組合了dti和雜質(zhì)區(qū)的形式。此外，圍繞有源區(qū)203的隔離結(jié)構(gòu)202可以為雜質(zhì)區(qū)，或者可以具有組合了雜質(zhì)區(qū)和sti的形式。

在根據(jù)一個實施例的圖像傳感器中，光接收單元110a可以包括襯底200、第一柱體210、第一溝道膜220和第一柵極230，其中襯底200被配置成具有光電轉(zhuǎn)換元件pd，第一柱體210形成在光電轉(zhuǎn)換元件pd上，且被配置成具有帶凹-凸結(jié)構(gòu)的側(cè)壁，第一溝道膜220形成在第一柱體210的表面上，且被配置成具有耦接到光電轉(zhuǎn)換元件pd的一端，第一柵極230形成在第一溝道膜220上。在這種情況下，第一柵極230可以用作傳輸晶體管tx的傳輸柵極。

光電轉(zhuǎn)換元件pd可以包括有機(jī)光電二極管或無機(jī)光電二極管。例如，光電轉(zhuǎn)換元件pd形成在襯底200中，且可以具有彼此具有互補(bǔ)導(dǎo)電類型的第一雜質(zhì)區(qū)204和第二雜質(zhì)區(qū)206。第一雜質(zhì)區(qū)204可以為p型雜質(zhì)區(qū)。第一雜質(zhì)區(qū)204可以形成在襯底200的表面中。第二雜質(zhì)區(qū)206可以為n型雜質(zhì)區(qū)，可以設(shè)置在第一雜質(zhì)區(qū)204與襯底200之間，以及可以與第一雜質(zhì)區(qū)204交疊。

當(dāng)沿垂直方向來看時，第二雜質(zhì)區(qū)206可以具有均勻的摻雜分布(dopingprofile)或雜質(zhì)摻雜濃度沿電荷移動方向增大的分布。襯底200的表面可以為與入射平面s1相對的相對平面s2。入射光經(jīng)由入射平面s1進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換元件pd。此外，電荷移動方向為從入射平面s1朝向相對平面s2前進(jìn)的方向。

第一柱體210具有凹-凸結(jié)構(gòu)的側(cè)壁以增大傳輸晶體管tx的溝道長度。在這種情況下，第一柱體210可以甚至在不增大第一柱體210的垂直長度的情況下有效地增大傳輸晶體管tx的溝道長度。在平面圖中，第一柱體210可以為多邊形、圓形、橢圓形等。

第一柱體210可以包括絕緣材料。具體地，第一柱體210可以通過交替層疊具有彼此不同的刻蝕選擇性的絕緣層若干次來形成。第一柱體210可以具有這樣的層疊結(jié)構(gòu)：其中包括氧化物的第一絕緣層207與包括氮化物的第二絕緣層209已經(jīng)交替層疊了若干次。

第一柱體210的底層和頂層可以為第一絕緣層207。這是為了防止特性因包括氮化物的第二絕緣層209的物理性質(zhì)而劣化。第一絕緣層207的厚度t1可以小于第二絕緣層209的厚度t2以輔助用于形成第一溝道膜220的工藝。此外，第一絕緣層207的線寬w1可以大于第二絕緣層209的線寬w2。隨著第一絕緣層207的線寬w1與第二絕緣層209的線寬w2之差增大，傳輸晶體管tx的溝道長度也可以增大。

其側(cè)壁具有凹-凸結(jié)構(gòu)的第一柱體210可以安置在光電轉(zhuǎn)換元件pd的中心部分之上。在此結(jié)構(gòu)之下，由光電轉(zhuǎn)換元件pd產(chǎn)生的光電荷可以更有效地傳輸給第一溝道膜220。在一個實施例中，單個第一柱體210形成在光電轉(zhuǎn)換元件pd上。在另一實施例中，兩個或更多個第一柱體210可以形成在光電轉(zhuǎn)換元件pd上。如果兩個或更多個第一柱體210形成在光電轉(zhuǎn)換元件pd上，則多個第一柱體210可以在同一水平處以矩陣形式來設(shè)置。

第一溝道膜220可以用來響應(yīng)于施加給第一柵極230(即，傳輸柵極)的傳輸信號而將光電轉(zhuǎn)換元件pd產(chǎn)生的光電荷傳輸給浮置擴(kuò)散fd。第一溝道膜220沿第一柱體210的表面可以具有恒定的厚度。第一溝道膜220沿第一柱體210的表面形成。為了增大光電轉(zhuǎn)換元件pd與第一溝道膜220之間的接觸面積，接觸光電轉(zhuǎn)換元件pd的第一溝道膜220的端部可以在光電轉(zhuǎn)換元件pd之上延伸。即，第一溝道膜220的下端可以在第一柵極230與光電轉(zhuǎn)換元件pd之間延伸，更具體地，可以在第一柵極230與光電轉(zhuǎn)換元件pd的第一雜質(zhì)區(qū)204之間。

第一溝道膜220可以包括含硅材料。例如，第一溝道膜220可以包括多晶硅。具體地，第一溝道膜220可以包括未摻雜多晶硅、p型多晶硅和n型多晶硅中的任意一種。當(dāng)?shù)谝粶系滥?20包括未摻雜多晶硅或p型多晶硅時，傳輸晶體管tx可以工作在增強(qiáng)模式，在增強(qiáng)模式中，在截止態(tài)中溝道維持未激活狀態(tài)。相反地，如果第一溝道膜220包括n型多晶硅，則傳輸晶體管tx可以工作在耗盡模式，在耗盡模式中，在截止態(tài)中溝道維持激活狀態(tài)。

供參考，當(dāng)?shù)谝粶系滥?20包括多晶硅時，因為多晶硅是具有多個俘獲點(diǎn)的材料，所以膜內(nèi)的俘獲點(diǎn)可以是暗電流發(fā)生源。根據(jù)一個實施例的圖像傳感器可以防止因形成第一溝道膜220的多晶硅而產(chǎn)生暗電流。具體地，當(dāng)?shù)谝粶系滥?20包括未摻雜多晶硅或p型多晶硅，且負(fù)偏置被施加至傳輸柵極的第一柵極230時，空穴可以累積在第一溝道膜220之內(nèi)以及光電轉(zhuǎn)換元件pd與第一溝道膜220之間的介面處，同時傳輸晶體管tx關(guān)斷，從而防止暗電流的產(chǎn)生。即，可以通過累積在介面處的空穴的復(fù)合來去除多晶硅中產(chǎn)生的暗電流。

相反地，當(dāng)?shù)谝粶系滥?20包括n型多晶硅時，傳輸晶體管tx工作在耗盡模式。相應(yīng)地，當(dāng)傳輸晶體管tx關(guān)斷時(例如，在積分時間期間)，在第一溝道膜220之內(nèi)以及光電轉(zhuǎn)換元件pd與第一溝道膜220之間的介面處產(chǎn)生的暗電流可以經(jīng)由浮置擴(kuò)散fd來傳輸給外部。在這種情況下，當(dāng)?shù)谝粶系滥?20包括n型多晶硅時，相比于第一溝道膜220包括未摻雜多晶硅或p型多晶硅的情況，可以有效地防止暗電流，因為第一溝道膜220之內(nèi)和襯底200的表面上產(chǎn)生的暗電流被引開到外部。

第一柵極230可以為傳輸晶體管tx的傳輸柵極。第一柵極230形成在光電轉(zhuǎn)換元件pd上，且可以被配置成圍繞第一柱體210的側(cè)壁。第一柵極230可以具有平坦的平面形式，且與光電轉(zhuǎn)換元件pd交疊。在這種情況下，第一柵極230可以用作光電轉(zhuǎn)換元件pd的背反射層(rearreflectionlayer)，因為其形成在襯底200的相對平面s2上。相應(yīng)地，可以提高光電轉(zhuǎn)換元件pd的量子效率。

第一柵極230可以包括與第一柱體210的一部分交疊的開口部分236。開口部分236用于浮置擴(kuò)散fd與形成在第一柱體210的頂表面上的第一溝道膜220之間的接觸。在平面圖中，開口部分236可以為多邊形、圓形或橢圓等。

第一柵極230可以包括第一柵極絕緣層232和第一柵電極234。第一柵極絕緣層232形成在第一溝道膜220上，且可以具有均勻的厚度。第一柵極絕緣層232可以包括氧化物、氮化物、氮氧化物或其組合。第一柵電極234可以包括含硅半導(dǎo)體材料或金屬材料。

在根據(jù)一個實施例的圖像傳感器中，輸出單元110b可以包括通過隔離結(jié)構(gòu)202來限定的有源區(qū)203、形成在有源區(qū)203上的第二柱體240、形成在第二柱體240兩側(cè)上有源區(qū)203中的源極區(qū)272和漏極區(qū)274、沿第二柱體240的表面形成且在源極區(qū)272和漏極區(qū)274之上延伸的第二溝道膜250以及形成在第二溝道膜250上的第二柵極260。在一個實施例中，第二柵極260可以用作源極跟隨器晶體管sfx的柵極。然而，在另一實施例中，第二柵極260可以用作重置晶體管rx的柵極或選擇晶體管sx的柵極。此外，有源區(qū)203的襯底200可以包括阱201。源極區(qū)272和漏極區(qū)274可以安置在阱201之內(nèi)。阱201可以通過將p型雜質(zhì)注入或摻雜至襯底200中來形成。

第二柱體240用于為源極跟隨器晶體管sfx提供溝道長度。第二柱體240可以與第一柱體210一起來形成，且可以與第一柱體210具有相同的高度。相應(yīng)地，第二柱體240可以包括絕緣材料，且可以具有層疊結(jié)構(gòu)，在該層疊結(jié)構(gòu)中，包括氧化物的第一絕緣層207與包括氮化物的第二絕緣層209交替層疊若干次。

第二柱體240的底層和頂層可以為第一絕緣層207。第二絕緣層209的厚度t2可以大于第一絕緣層207的厚度t1。第二柱體240可以具有垂直的側(cè)壁，或者可以具有像第一柱體210那樣的凹-凸結(jié)構(gòu)的側(cè)壁。這是為了為輸出單元110b的每個晶體管提供增大的溝道長度。即，第二柱體240可以通過改變側(cè)壁形貌來調(diào)節(jié)所期望的溝道長度。在平面圖中，第二柱體240可以為多邊形、圓形、橢圓形等。

源極區(qū)272和漏極區(qū)274可以為通過將n型雜質(zhì)注入或摻雜至有源區(qū)203的襯底200中而形成的雜質(zhì)區(qū)。電源電壓可以通過重置晶體管rx和源極跟隨器晶體管sfx來施加給源極區(qū)272。源極跟隨器晶體管sfx與選擇晶體管sx可以經(jīng)由漏極區(qū)274來彼此耦接。

第二溝道膜250沿第二柱體240的表面可以具有恒定的厚度。第二溝道膜250沿第二柱體240的表面形成。

第二溝道膜250可以包括含硅材料。例如，第二溝道膜250可以包括多晶硅。具體地，第二溝道膜250可以包括p型多晶硅。

形成在第二溝道膜250上以及第二柱體240的側(cè)表面和頂表面上的第二柵極260可以與源極區(qū)272和漏極區(qū)274的一部分交疊。第二柵極260可以包括第二柵極絕緣層262和第二柵電極264。第二柵極絕緣層262形成在第二溝道膜250上，且可以具有均勻的厚度。第二柵極絕緣層262可以與第一柵極絕緣層232一起來形成，且可以包括與第一柵極絕緣層232相同的材料。第二柵極絕緣層262可以包括氧化物、氮化物、氮氧化物或其組合。

第二柵電極264可以與第一柵電極234一起來形成，且可以包括與第一柵電極234相同的材料。第二柵電極264可以包括含硅半導(dǎo)體材料、金屬材料或其組合。

雖然未示出，但是根據(jù)一個實施例的圖像傳感器可以包括形成在襯底200的入射平面s1上的分色元件和分色元件上的聚光元件。分色元件可以包括濾色器。濾色器可以包括紅色濾光器、綠色濾光器、藍(lán)色濾光器、藍(lán)綠色濾光器、黃色濾光器、品紅色濾光器、白色濾光器、黑色濾光器和紅外(ir)截止濾光器。聚光元件可以包括數(shù)字透鏡或半球透鏡。

圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的圖像傳感器的像素陣列的一部分的平面圖。圖4圖示了根據(jù)參照圖2和圖3而描述的實施例的圖像傳感器的單位像素110被應(yīng)用于共享像素結(jié)構(gòu)的情況。相應(yīng)地，沿圖4的a-a’線截取的截面與圖3的截面相同。此外，使用了相同的附圖標(biāo)記，且省略對相同元件的詳細(xì)描述。

如圖4中所示，多個單位像素110中的每個可以包括四個光接收單元110a，每個光接收單元110a包括光電轉(zhuǎn)換元件pd和傳輸晶體管tx。此外，多個單位像素110中的每個可以包括輸出單元110b，輸出單元110b包括重置晶體管rx、源極跟隨器晶體管sfx和選擇晶體管sx。四個光接收單元110a可以共享單個輸出單元110b。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖像傳感器可以容易地應(yīng)用于具有共享像素結(jié)構(gòu)的圖像傳感器。

圖5a-5e是沿圖2的a-a’線截取的剖視圖，且圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于制造圖像傳感器的方法。

如圖5a中所示，在襯底10中形成隔離結(jié)構(gòu)12，且隔離結(jié)構(gòu)12將襯底10劃分成光接收單元110a和輸出單元110b。有源區(qū)10可以通過隔離結(jié)構(gòu)12而形成在輸出單元110b中。

襯底10可以包括含單晶硅材料。隔離結(jié)構(gòu)12可以包括淺溝槽隔離(sti)、深溝槽隔離(dti)或雜質(zhì)區(qū)。隔離結(jié)構(gòu)12可以包括sti、dti和雜質(zhì)區(qū)中的任意一種或他們中的兩種或更多種的組合。

在光接收單元110a中形成光電轉(zhuǎn)換元件18，以及在有源區(qū)中形成阱20。光電轉(zhuǎn)換元件18可以由光電二極管形成。具體地，光電轉(zhuǎn)換元件18可以具有通過將p型雜質(zhì)注入或摻雜至襯底10中而形成的第一雜質(zhì)區(qū)14以及通過將n型雜質(zhì)注入或摻雜至襯底10中而形成的第二雜質(zhì)區(qū)16。第一雜質(zhì)區(qū)14與第二雜質(zhì)區(qū)16可以垂直層疊。此外，可以通過將p型雜質(zhì)注入或摻雜至襯底10中來形成阱20。p型雜質(zhì)可以為硼(b)，而n型雜質(zhì)可以為磷(p)或砷(as)。

接下來，在襯底10上形成多層膜26，在多層膜26中第一絕緣層22與第二絕緣層24交替層疊若干次。第一絕緣層22可以包括氧化物，而第二絕緣層24可以包括氮化物。第一絕緣層22可以設(shè)置在多層膜26的底層和頂層處。這是為了防止由形成在第二絕緣層24上的氮化物所引起的應(yīng)力。此外，第二絕緣層24的厚度t2可以大于第一絕緣層22的厚度t1。

如圖5b中所示，通過使用多層膜26上的掩模圖案(未示出)作為刻蝕阻擋物來刻蝕多層膜26，在光電轉(zhuǎn)換元件18上形成第一柱體28，并且在阱20上形成第二柱體30。第一柱體28和第二柱體30可以具有垂直的側(cè)壁，且具有相同的高度。

如圖5c中所示，在襯底10之上形成覆蓋第二柱體30而暴露第一柱體28的掩模圖案32。通過使用掩模圖案32作為刻蝕阻擋物執(zhí)行濕法刻蝕來刻蝕第一柱體28的第二絕緣層24的一部分。該濕法刻蝕可以使用磷酸溶液來執(zhí)行。結(jié)果，第二絕緣層24的線寬w2小于第一絕緣層22的線寬w1，且第一柱體28的側(cè)壁具有凹-凸結(jié)構(gòu)。當(dāng)執(zhí)行濕法刻蝕時，溝道長度可以根據(jù)去除了多少第二絕緣層24而不同。即，溝道長度可以根據(jù)第一絕緣層22的線寬w1與第二絕緣層24的線寬w2之差而改變。

在另一實施例中，第一柱體28的側(cè)壁和第二柱體30的側(cè)壁二者都可以具有凹-凸結(jié)構(gòu)。即，兩個晶體管的溝道長度可以經(jīng)由前述工藝來調(diào)節(jié)。

如圖5d中所示，在掩模圖案32被去除之后，在包括第一柱體28和第二柱體30的所得結(jié)構(gòu)的整個表面上形成保留溝道膜34。保留溝道膜34可以包括含硅材料。例如，保留溝道膜34可以包括多晶硅，該多晶硅可以為其中未摻雜雜質(zhì)的未摻雜多晶硅。

在保留溝道膜34上順序地形成柵極絕緣層36和柵極導(dǎo)電膜38。柵極絕緣層36可以包括氧化物、氮化物、氮氧化物或其組合。柵極導(dǎo)電膜38可以包括含硅半導(dǎo)體材料、金屬材料或其組合。

在形成柵極絕緣層36之前，可以對保留溝道膜34執(zhí)行雜質(zhì)摻雜工藝。例如，可以將n型雜質(zhì)摻入至形成在光接收單元110a中的保留溝道膜34中。可以將p型雜質(zhì)摻雜至形成在輸出單元110b中的保留溝道膜34中。

如圖5e中所示，通過選擇性地刻蝕柵極導(dǎo)電膜38、柵極絕緣層36和保留溝道膜34來(i)在光接收單元110a中形成第一柵極48以及(ii)在輸出單元110b中形成第二柵極56，所述第一柵極48被配置成覆蓋第一柱體28和介于第一柱體28與第一柵極48之間的第一溝道膜40，所述第二柵極56被配置成覆蓋第二柱體30和介于第二柱體30與第二柵極56之間的第二溝道膜50。第一柵極48可以包括第一柵極絕緣層42和第一柵電極44，而第二柵極56可以包括第二柵極絕緣層52和第二柵電極54。

通過選擇性地刻蝕第一柵極絕緣層42和第一柵電極44來在第一柵極48中形成開口部分46，所述開口部分46被配置成暴露第一溝道膜40的一部分。

接下來，通過將n型雜質(zhì)注入或摻雜至第二柱體30兩側(cè)上的有源區(qū)(即，阱20)中來形成源極區(qū)58和漏極區(qū)60。在一個實施例中，在形成第二柵極56之后形成源極區(qū)58和漏極區(qū)60。然而，在另一實施例中，可以在通過執(zhí)行多層膜26而形成的第一柱體28和第二柱體30之后立即形成源極區(qū)58和漏極區(qū)60。其后，可以經(jīng)由已知的制造方法來完成圖像傳感器。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖像傳感器可以用在各種電子設(shè)備或系統(tǒng)中。在下文中，將參照圖6來描述根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的包括圖像傳感器的相機(jī)。

圖6是示意性地圖示包括圖1中所示的圖像傳感器的電子設(shè)備的示圖。參見圖6，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的包括圖像傳感器的電子設(shè)備可以為能夠拍攝靜止圖像或移動圖像的相機(jī)。該電子設(shè)備可以包括光學(xué)系統(tǒng)或光學(xué)透鏡310、快門單元311、用于控制/驅(qū)動圖像傳感器300和快門單元311的驅(qū)動單元313以及信號處理單元312。

光學(xué)系統(tǒng)310可以將來自物體的光引導(dǎo)至圖像傳感器300的像素陣列100。光學(xué)系統(tǒng)310可以包括多個光學(xué)透鏡。快門單元311可以控制圖像傳感器300的光照射時段和光遮蔽時段。驅(qū)動單元313可以控制圖像傳感器300的傳輸操作和快門單元311的快門操作。信號處理單元312可以以各種方式來處理從圖像傳感器300輸出的信號。經(jīng)處理的圖像信號dout可以被儲存在諸如存儲器的儲存介質(zhì)中或者被輸出給監(jiān)控器等。

如上所述，根據(jù)此技術(shù)，有助于高集成度，可以防止因集成度的增大而引起的特性的劣化，以及可以防止因短溝道效應(yīng)而引起的特性的劣化。此外，可以為具有不同功能的晶體管提供各種溝道長度。另外，可以改善暗電流特性。

雖然已經(jīng)出于說明的目的而描述了各種實施例，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將明顯的是，在不脫離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以作出各種改變和修正。