CN106960855B - 互补金属氧化物半导体图像传感器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及互补金属氧化物半导体图像传感器。一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器被提供，其包括衬底，衬底包括第一表面、面对第一表面的第二表面、以及从第一表面向第二表面凹陷的第一凹陷区域。CMOS图像传感器还包括在衬底上的传输栅，以及在第一凹陷区域上的源极跟随器栅。源极跟随器栅在第一凹陷区域中并且部分覆盖衬底的第一表面的一部分。

Description

互补金属氧化物半导体图像传感器
技术领域
本发明构思涉及图像传感器，更具体地，涉及包括布置在衬底的凹陷区域中的源极跟随器栅的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
背景技术
图像传感器将光学图像转换为电信号。在计算机和通信产业上的近来的进展已经引起了对诸如数码相机、便携式摄像机、PCS(个人通信***)、游戏设备、监控摄像头、医用***头等的各种消费电子设备中的高性能图像传感器的强烈需求。
图像传感器可以被分为各种各样的类型，包括电荷耦合器件(CCD)型和互补金属氧化物半导体(CMOS)型。CMOS图像传感器可以具有不那么复杂的操作方法并且可以通过将信号处理电路集成到单个芯片中而被最小化。CMOS图像传感器可以需要相对小的功率消耗，这在具有有限电池容量的设备中能是有用的。因此，通过使用CMOS制造技术，制造成本能被减少。
发明内容
本发明构思的实施方式提供包括垂直结构的源极跟随器栅的互补金属氧化物半导体图像传感器。
根据本发明构思的示例实施方式，一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器可以包括：衬底，其包括第一表面、面对第一表面的第二表面、以及从第一表面向第二表面凹陷的第一凹陷区域；在衬底上的传输栅；以及在第一凹陷区域上的源极跟随器栅。源极跟随器栅可以在第一凹陷区域中并且可以部分覆盖衬底的第一表面。
根据本发明构思的示例实施方式，一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器可以包括：第一器件隔离层，其在衬底中并且限定第一像素区域和第二像素区域；第二器件隔离层，其在第一和第二像素区域的每个中限定第一和第二有源部分；源极跟随器栅，其在第一像素区域的第二有源部分上；第一传输栅，其在第一像素区域的第一有源部分上；以及第二传输栅，其在第二像素区域的第一有源部分上。源极跟随器栅可以包括：在第一像素区域的第二有源部分上的第一凹陷区域中的第一下部；以及被连接到第一下部并且在衬底的顶表面上的第一上部。
根据本发明构思的示例实施方式，一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器可以包括：衬底，其包括第一表面和与第一表面相对的第二表面；以及在衬底上的源极跟随器栅。第一表面可以包括第一部分和第二部分。第一表面的第一部分可以距第二表面第一距离。第一表面的第二部分可以距第二表面小于第一距离的第二距离。源极跟随器栅可以具有在第一表面的第一部分上的源极跟随器栅的第一部分以及在第一表面的第二部分上的源极跟随器栅的第二部分。
附图说明
由于附图和相伴的详细描述，本发明构思将变得更加明显，其中相同附图标记或相同引用指示符在整个说明书中指代相同或类似元件。
图1是示出根据本发明构思的示例实施方式的互补金属氧化物半导体图像传感器的框图；
图2是示出根据本发明构思的示例实施方式的互补金属氧化物半导体图像传感器的有源像素传感器阵列的电路图；
图3是示出根据本发明构思的示例实施方式的互补金属氧化物半导体图像传感器的俯视图；
图4是沿图3的线A-A'截取的剖视图；
图5是沿图3的线B-B'截取的剖视图；
图6是沿图3的线C-C'截取的剖视图；
图7是剖视图，所述剖视图沿图3的线D-D'、E-E'和F-F'截取，示出根据本发明构思的示例实施方式的传输栅和源极跟随器栅；
图8A到8C示出根据本发明构思的示例实施方式的源极跟随器栅的另外的示例，其中图8A和8B是沿图3的线D-D'截取的剖视图并且图8C是沿图3的线C-C'截取的剖视图；
图9是示出根据本发明构思的示例实施方式的互补金属氧化物半导体图像传感器的有源像素传感器阵列的电路图；
图10是示出根据本发明构思的示例实施方式的互补金属氧化物半导体图像传感器的俯视图；
图11是沿图10的线A-A'截取的剖视图；
图12是示出根据本发明构思的示例实施方式的互补金属氧化物半导体图像传感器的有源像素传感器阵列的电路图；
图13是示出根据本发明构思的示例实施方式的互补金属氧化物半导体图像传感器的有源像素传感器阵列的电路图；以及
图14是示出根据本发明构思的示例实施方式的互补金属氧化物半导体图像传感器的俯视图。
具体实施方式
图1是示出根据本发明构思的示例实施方式的互补金属氧化物半导体图像传感器的框图。
参考图1，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器可以包括有源像素传感器阵列10、行解码器20、行驱动器30、列解码器40、定时发生器50、相关双采样器(CDS)60、模数转换器(ADC)70和I/O缓冲器80。
有源像素传感器阵列10可以包括多个二维排列的单位像素，其每个被配置为将光信号转换为电信号。有源像素传感器阵列10可以由来自行驱动器30的诸如像素选择信号、重置信号和/或电荷传输信号的多种驱动信号驱动。所转换的电信号可以被提供到相关双采样器60。
行驱动器30可以根据从行解码器20获得的解码结果将用于驱动单位像素的驱动信号提供给有源像素传感器阵列10。在一些实施方式中，单位像素可以被布置为矩阵形状，并且驱动信号可以被施加到各行。
定时发生器50可以将定时信号和控制信号提供到行解码器20和列解码器40。
相关双采样器(CDS)60可以接收有源像素传感器阵列10中产生的电信号，并且保持和采样接收到的电信号。相关双采样器60可以执行双采样操作以采样电信号的特定噪声电平和信号电平，然后输出与噪声电平和信号电平之间的差相应的差额电平。
模数转换器(ADC)70可以将与从相关双采样器60输出的差额电平相应的模拟信号转换为数字信号，然后输出所转换的数字信号。
I/O缓冲器80可以锁存数字信号，然后响应于从列解码器40获得的解码结果将锁存的数字信号顺序输出到图像信号处理单元(未示出)。
图2是示出根据本发明构思的示例实施方式的互补金属氧化物半导体图像传感器的有源像素传感器阵列10的电路图。
参考图2，有源像素传感器阵列10可以包括多个单位像素P，所述多个单位像素P可以被排列成矩阵形式。单位像素P中的每个可以包括第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2和逻辑晶体管。逻辑晶体管可以包括复位晶体管RX、选择晶体管SX、以及驱动晶体管或源极跟随器晶体管DX。
第一传输晶体管TX1可以包括第一传输栅TG1和联接到第一光电转换器件PD1的端子，并且第二传输晶体管TX2可以包括第二传输栅TG2和联接到第二光电转换器件PD2的端子。第一和第二传输晶体管TX1和TX2可以都被联接到电荷检测节点FD，即浮置扩散区域。传输晶体管的数量不限于两个，而是其数量可以被不同地改变。
第一和第二光电转换器件PD1和PD2可以与入射光的量成比例地产生并积累光电荷。第一和第二光电转换器件PD1和PD2可以是光电二极管、光电晶体管、光门、钉扎光电二极管(PPD)和其任意组合中的一种。
第一和第二传输栅TG1和TG2可以将第一和第二光电转换器件PD1和PD2中积累的电荷传输到电荷检测节点FD，即浮置扩散区域。第一和第二传输栅TG1和TG2可以接收互补信号。换言之，电荷可以从第一和第二光电转换器件PD1和PD2中的一个被传输到电荷检测节点FD。
电荷检测节点FD可以接收并存储第一和第二光电转换器件PD1和PD2中产生的电荷。驱动晶体管DX可以被联接到电荷检测节点FD并且可以由电荷检测节点FD中积累的光电荷的量控制。
复位晶体管RX可以周期性地重置电荷检测节点FD中积累的电荷。具体地，复位晶体管RX可以包括连接到电荷检测节点FD的漏电极和连接到电源电压VDD的源电极。复位晶体管RX可以由耦合到复位晶体管RX的栅的复位信号RG启动。当复位晶体管RX导通时，连接到复位晶体管RX的源电极的电源电压VDD可以被传输到电荷检测节点FD。因此，电荷检测节点FD中积累的电荷可以被耗尽，因此当复位晶体管RX导通时电荷检测节点FD可以被重置。
与位于单位像素P外部的静态电流源(未示出)一起，驱动晶体管DX可以用作源极跟随器缓冲放大器。驱动晶体管DX可以具有与电荷检测节点FD中积累的电荷的量成比例地改变的源电位。驱动晶体管DX可以放大电荷检测节点FD的电位上的变化，并且将放大的电位输出到输出线Vout。
选择晶体管SX在读取操作中可以选择每行单位像素P。选择晶体管SX可以由耦合到选择晶体管SX的栅的选择信号SG启动。当选择晶体管SX导通时，连接到选择晶体管SX的漏电极的电源电压VDD可以被传输到驱动晶体管DX的漏电极。
图3是示出根据本发明构思的示例实施方式的互补金属氧化物半导体图像传感器的俯视图。图4是沿图3的线A-A'截取的剖视图。图5是沿图3的线B-B'截取的剖视图。
参考图3到5，衬底100可以包括第一像素区域PR1和第二像素区域PR2，第一和第二像素区域PR1和PR2中的每个可以包括第一有源部分ACT1和第二有源部分ACT2。第一和第二像素区域PR1和PR2可以被分别设置成沿x轴方向排列的多个，并且所述多个第一像素区域PR1和所述多个第二像素区域PR2可以沿y轴方向被交替布置。
当在俯视图中被观察时，第一和第二像素区域PR1和PR2可以以第一和第二像素区域PR1和PR2的第一有源部分ACT1可以彼此相邻地设置的方式沿y轴方向布置。换言之，第一和第二像素区域PR1和PR2的第一有源部分ACT1可以被布置在第一和第二像素区域PR1和PR2的第二有源部分ACT2之间。
衬底100可以包括彼此面对的第一表面100a和第二表面100b。衬底100可以是体硅衬底、绝缘体上硅(SOI)衬底或者半导体外延层。
线路结构可以被布置在衬底100的第一表面100a上，并且线路结构可以包括逻辑晶体管和连接到逻辑晶体管的互连线IC1和IC2。滤色器层(C/F)220和微透镜230可以被布置在衬底100的第二表面100b上。平坦化层210可以被布置在滤色器层220和衬底100的第二表面100b之间。滤色器层220和微透镜230可以被设置成多个以与第一和第二像素区域PR1和PR2相对应。滤色器层220可以包括红色滤光器、绿色滤光器和/或蓝色滤光器，其可以被布置在各单位像素上并且可以被二维地排列。滤色器层220还可以包括白色滤光器。微透镜230可以具有凸起的形状和特定曲率，并且可以将入射光汇聚到第一和第二像素区域PR1和PR2中的相应的一个。
光电转换层110和阱杂质层120可以被布置在第一和第二像素区域PR1和PR2中的每个中包括的衬底100中。光电转换层110可以产生与入射光的强度成比例的光电荷。在本发明构思的一些实施方式中，光电转换层110可以通过离子注入杂质到衬底100中以形成具有与衬底100的导电类型相反的导电类型的光电转换层110来形成。光电转换层110可以在它的分别邻近于第一和第二表面100a和100b的区域中具有不同的杂质浓度，以在衬底100的第一和第二表面100a和100b之间获得电位梯度。例如，光电转换层110可以具有彼此堆叠的多个杂质区域。阱杂质层120可以被布置在光电转换层110上以邻近衬底100的第一表面100a。阱杂质层120可以用具有与光电转换层110的导电类型相反的导电类型的杂质掺杂。例如，光电转换层110可以用n型杂质掺杂，并且衬底100和阱杂质层120可以用p型杂质掺杂。
第一器件隔离层103可以从衬底100的第一表面100a向第二表面100b垂直延伸。第一器件隔离层103可以限定第一和第二像素区域PR1和PR2并且可以围绕光电转换层110的部分。
第一器件隔离层103可以由具有比衬底100的折射率更小的折射率的绝缘材料形成。例如，第一器件隔离层103可以包括硅氧化物层、硅氮化物层、无掺杂多晶硅层、空气或其组合。第一器件隔离层103可以通过DTI(深沟槽隔离)工艺形成。在本发明构思的一些实施方式中，第一器件隔离层103可以通过图案化衬底100的第一表面100a和/或第二表面100b以形成深沟槽然后用绝缘材料填充深沟槽来形成。第一器件隔离层103可以折射倾斜地接收到的入射光至光电转换层110。第一器件隔离层103可以防止光电荷漂移到第一和第二像素区域PR1和PR2中，这可以抑制由电荷的漂移引起的串扰。因此可以可能提高互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的颜色再现特性。
第二器件隔离层105可以限定第一和第二有源部分ACT1和ACT2。第一和第二有源部分ACT1和ACT2可以具有不同尺寸并且可以在第一和第二像素区域PR1和PR2中的每个中彼此间隔开。第二器件隔离层105可以被形成在阱杂质层120中。第一和第二器件隔离层103和105可以分别具有从衬底100的第一表面100a向第二表面100b延伸的第一和第二长度，并且第二器件隔离层105的第二长度可以小于第一器件隔离层103的第一长度。第二器件隔离层105可以具有布置在阱杂质层120中并且与光电转换层110间隔开的底表面。在一实施方式中，第二器件隔离层105可以通过图案化衬底100的第一表面100a以形成浅沟槽然后用绝缘材料填充浅沟槽来形成。第二器件隔离层105可以是具有与阱杂质层120的导电类型基本相同的导电类型的杂质区域。在一些实施方式中，第二器件隔离层105可以具有比阱杂质层120的杂质浓度更大的杂质浓度。
第一传输栅111和第一浮置扩散区域121a可以被布置在第一像素区域PR1的第一有源部分ACT1上，并且第二传输栅116和第二浮置扩散区域121b可以被布置在第二像素区域PR2的第一有源部分ACT1上。
当在俯视图中被观察时，第一和第二传输栅111和116可以分别被置于第一和第二像素区域PR1和PR2的中部上。第一和第二传输栅111和116的每个的一部分可以被布置在阱杂质层120中并且可以从衬底100的第一表面100a向第二表面100b延伸。第一和第二传输栅111和116的每个的另外的部分可以被布置在衬底100的第一表面100a上。第一传输栅电介质层111c可以被布置在衬底100和第一传输栅111之间，并且图7的第二传输栅电介质层116c可以被布置在衬底100和第二传输栅116之间。例如，第一和第二传输栅电介质层111c和116c可以包括硅氧化物(SiO2)、硅氮氧化物(SiON)、硅氮化物(SiN)、锗氮氧化物(GeON)、锗硅氧化物(GeSiO)和高k材料中的至少一种。在本发明构思的一些实施方式中，第一和第二传输栅111和116可以分别通过在阱杂质层120中形成凹陷然后在凹陷中顺序形成栅电介质层和栅导电层来形成。
第一浮置扩散区域121a可以被布置在阱杂质层120中第一传输栅111的一侧，并且第二浮置扩散区域121b可以被布置在阱杂质层120中第二传输栅116的一侧。在本发明构思的一些实施方式中，第一和第二浮置扩散区域121a和121b可以通过离子注入具有与阱杂质层120的导电类型相反的导电类型的杂质来形成。例如，第一和第二浮置扩散区域121a和121b可以是n型杂质区域。
复位栅113和选择栅115可以被布置在第一像素区域PR1的第二有源部分ACT2上，并且源极跟随器栅117可以被布置在第二像素区域PR2的第二有源部分ACT2上。复位栅113和选择栅115中的每个可以被布置在阱杂质层120上并且栅电介质层***置在其之间。栅电介质层可以包括硅氧化物(SiO2)、硅氮氧化物(SiON)、硅氮化物(SiN)、锗氮氧化物(GeON)、锗硅氧化物(GeSiO)和高k材料中的至少一种。源极跟随器栅117可以被布置在阱杂质层120中形成的凹陷区域中。源极跟随器栅117可以从衬底100的第一表面100a向第二表面100b延伸并且可以被布置为部分覆盖衬底100的第一表面100a。换言之，第一表面100a可以具有上部，以及在上部和衬底100的第二表面100b之间的下部，从而限定凹陷区域。源极跟随器栅电介质层117c可以***置在源极跟随器栅117和衬底100之间。例如，源极跟随器栅电介质层117c可以包括硅氧化物(SiO2)、硅氮氧化物(SiON)、硅氮化物(SiN)、锗氮氧化物(GeON)、锗硅氧化物(GeSiO)和高k材料中的至少一种。
第一杂质区域123a可以被布置在阱杂质层120中复位栅113的一侧，并且第二杂质区域123b可以被布置在阱杂质层120中选择栅115的一侧。公共杂质区域123c可以被布置在复位栅113和选择栅115之间的阱杂质层120中。此外，第三杂质区域125a可以被布置在阱杂质层120中源极跟随器栅117的一侧，并且第四杂质区域125b可以被布置在阱杂质层120中源极跟随器栅117的相反侧。在本发明构思的一些实施方式中，第一到第四杂质区域123a、123b、125a和125b以及公共杂质区域123c可以通过离子注入具有与阱杂质层120的导电类型相反的导电类型的杂质来形成。例如，第一到第四杂质区域123a、123b、125a和125b以及公共杂质区域123c可以是n型杂质区域。
第一层间电介质层130可以被形成在衬底100的第一表面100a上。第一层间电介质层130可以覆盖第一和第二传输栅111和116、复位栅113、选择栅115以及源极跟随器栅117。
多个接触插塞可以被布置在第一层间电介质层130中。第一杂质区域123a可以被连接到第一接触插塞133a，并且第二杂质区域123b可以被连接到第二接触插塞133b。公共杂质区域123c可以被连接到公共接触插塞133c。第三杂质区域125a可以被连接到第三接触插塞135a，并且第四杂质区域125b可以被连接到第四接触插塞135b。源极跟随器栅117可以被连接到栅接触插塞135c。此外，第一和第二浮置扩散区域121a和121b可以分别被连接到第一和第二浮置扩散区域接触插塞131a和131b。
接触插塞131a、131b、133a、133b、133c、135a和135b中的每个可以包括阻挡金属层和金属层。阻挡金属层可以由包括钛氮化物、钽氮化物、钨氮化物、铪氮化物和锆氮化物中的至少一种的金属氮化物层形成。金属层可以包括钨、铜、铪、锆、钛、钽、铝、钌、钯、铂、钴、镍、导电金属氮化物及其任意组合中的一种。硅化物层可以被进一步形成在接触插塞131a和131b与第一和第二浮置扩散区域121a和121b之间，以及在接触插塞133a、133b、133c、135a和135b与杂质区域123a、123b、123c、125a和125b之间。
第一互连线IC1可以被设置为将第一和第二浮置扩散区域121a和121b、第一杂质区域123a以及源极跟随器栅117彼此电连接。因此，第一互连线IC1可以将复位晶体管RX、第一和第二传输晶体管TX1和TX2以及源极跟随器晶体管DX彼此电连接。第一互连线IC1可以基本上在y轴方向上延伸。第一互连线IC1可以被布置在第一层间电介质层130上并且可以通过第一和第二浮置扩散区域接触插塞131a和131b被电连接到第一和第二浮置扩散区域121a和121b，并且还可以通过第一接触插塞133a被电连接到第一杂质区域123a。第一互连线IC1可以通过栅接触插塞135c被电连接到源极跟随器栅117。
第二互连线IC2可以被设置为将第二杂质区域123b和第四杂质区域125b彼此电连接。第二互连线IC2可以基本上在y轴方向上延伸。第二互连线IC2可以通过第二接触插塞133b被电连接到第二杂质区域123b并且还可以通过第四接触插塞135b被电连接到第四杂质区域125b。换言之，第二互连线IC2可以将第一像素区域PR1的选择晶体管SX和第二像素区域PR2的源极跟随器晶体管DX串联电连接。第一导电图案CP1可以被进一步布置在第一层间电介质层130上并且被电连接到公共接触插塞133c，第二导电图案CP2可以被进一步布置在第一层间电介质层130上以被电连接到第三接触插塞135a。
第一和第二互连线IC1和IC2以及导电图案CP1和CP2可以由包括铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)、钛(Ti)、钼(Mo)、钽(Ta)、钛氮化物(TiN)、钽氮化物(TaN)、锆氮化物(ZrN)、钨氮化物(WN)或其任意组合的合金形成。
第二层间电介质层140可以被设置在第一层间电介质层130上并且覆盖第一和第二互连线IC1和IC2以及第一和第二导电图案CP1和CP2。第一上部插塞141可以被布置在第二层间电介质层140中并且被连接到第一导电图案CP1，第二上部插塞143可以被布置在第二层间电介质层140中并且被连接到第二导电图案CP2。
第一和第二导线145和147可以被布置在第二层间电介质层140上并且沿x轴方向延伸。第一导线145可以通过公共接触插塞133c、第一导电图案CP1和第一上部插塞141被电连接到公共杂质区域123c。第二导线147可以通过第三接触插塞135a、第二导电图案CP2和第二上部插塞143被电连接到第三杂质区域125a。换言之，第一导线145可以被公共地连接到复位晶体管RX和选择晶体管SX的源电极，并且第二导线147可以被连接到源极跟随器晶体管DX的漏电极。第一导线145可以为图2的电源电压VDD提供输入路径，并且第二导线147可以为第一像素区域PR1或第二像素区域PR2中产生的电信号提供输出路径。
第三层间电介质层150和钝化层160可以被布置在第二层间电介质层140上，第二层间电介质层140包括形成在其中的第一和第二导线145和147。
一般地，随着CMOS图像传感器中像素区域的面积被减小，源极跟随器栅117的尺寸也可以变得更小。根据本发明构思的示例实施方式，源极跟随器栅117可以被设置在有限的区域中，但是由于具有从衬底100的第一表面100a向第二表面100b延伸的垂直形状，源极跟随器栅117可以具有增加的面积。因此，在CMOS图像传感器的操作过程中，可以是有利的是减小归因于源极跟随器晶体管DX的沟道中的电流波动电荷在源极跟随器栅电介质层117c处被存储或被释放时产生的噪声。
图6是沿图3的线C-C'截取的剖视图。图7是沿图3的线D-D'、E-E'和F-F'截取的示出根据本发明构思的示例实施方式的传输栅111和116和源极跟随器栅117的剖视图。图6和7是为了描述的方便提供的放大剖视图。关于前述实施方式的描述也可以被应用于此，因此为了简明重复的描述将被省略。
参考图3、6和7，阱杂质层120可以包括从衬底100的第一表面100a向第二表面100b凹陷的多个凹陷区域122a、122b和122c。凹陷区域122a、122b和122c可以包括源极跟随器栅117被形成在其中的第一凹陷区域122a、第一传输栅111被形成在其中的第二凹陷区域122b和第二传输栅116被形成在其中的第三凹陷区域122c。
源极跟随器栅117可以包括布置在第一凹陷区域122a中的第一下部117a和布置在衬底100的顶表面100a上的第一上部117b。源极跟随器栅电介质层117c可以***置在源极跟随器栅117和衬底100之间。第一传输栅111可以包括布置在第二凹陷区域122b中的第二下部111a和布置在衬底100的顶表面100a上的第二上部111b。第二传输栅116可以包括布置在第三凹陷区域122c中的第三下部116a和布置在衬底100的顶表面100a上的第三上部116b。第一和第二传输栅111和116的下部111a和116a中的每个可以部分地穿入阱杂质层120。第一传输栅电介质层111c可以***置在第一传输栅111和衬底100之间，并且第二传输栅电介质层116c可以***置在第二传输栅116和衬底100之间。
源极跟随器栅117的第一下部117a可以从衬底100的第一表面100a向第二表面100b延伸至第一深度d1。第一传输栅111的第二下部111a可以从衬底100的第一表面100a向第二表面100b延伸至第二深度d2。第二传输栅116的第三下部116a可以从衬底100的第一表面100a向第二表面100b延伸至第三深度d3。第一下部117a可以短于第二和第三下部111a和116a。换言之，第一深度d1可以小于第二和第三深度d2和d3。
在一些实施方式中，第一到第三下部117a、111a和116a可以布置成与光电转换层110间隔开。在一些实施方式中，第一下部117a可以布置成与光电转换层110间隔开，并且第二和第三下部111a和116a可以布置成与光电转换层110接触。
图8A到8C示出根据本发明构思的示例实施方式的源极跟随器栅117的另外的示例，其中图8A和8B是沿图3的线D-D'截取的剖视图并且图8C是沿图3的线C-C'截取的剖视图。关于前述实施方式的描述也可以被应用于此，因此为了简明重复的描述将被省略。
参考图8A，源极跟随器栅117可以包括第一上部117b和多个第一下部117a。第一上部117b可以被布置在衬底100的第一表面100a上，并且第一下部117a可以分别被布置在阱杂质层120中设置的多个第一凹陷区域122a中的每个内。第一凹陷区域122a可以从衬底100的第一表面100a向第二表面100b凹陷。第一下部117a可以与第一上部117b接触，并且可以从衬底100的第一表面100a向第二表面100b延伸。第一下部117a可以布置成与设置在衬底100中的光电转换层110间隔开。
在一些实施方式中，由于至少两个第一下部117a可以被设置，所以在有限的像素区域中源极跟随器栅117可以具有面对阱杂质层120的增加的长度。因此，图2的源极跟随器晶体管DX可以具有第三杂质区域125a和第四杂质区域125b之间的增加的沟道长度。
参考图8B和8C，源极跟随器栅117可以通过沉积工艺形成。沉积工艺可以被执行以在第一凹陷区域122a上形成堆叠的薄层，使得源极跟随器栅117可以被形成。当沉积工艺被执行时，源极跟随器栅117可以被形成为具有由第一凹陷区域122a和衬底100的第一表面100a之间的高度差导致的间隙117d。间隙117d可以是从第一上部117b向第一下部117a凹陷的凹陷部分。
在一实施方式中，阱杂质层120和包括间隙117d的源极跟随器栅117之间的接触面积可以与阱杂质层120和没有间隙117d的源极跟随器栅117之间的接触面积基本上相同。因此，不管间隙117d出现与否，可以可能减小归因于源极跟随器晶体管DX的沟道中的电流波动电荷在源极跟随器栅电介质层117c处被存储或被释放时产生的噪声。
图9是示出根据本发明构思的示例实施方式的互补金属氧化物半导体图像传感器的有源像素传感器阵列10的电路图。图10是示出根据本发明构思的示例实施方式的互补金属氧化物半导体图像传感器的俯视图。图11是沿图10的线A-A'截取的剖视图。关于前述实施方式的描述也可以被应用于此，因此为了简洁重复的描述将被省略。
参考图9，根据本发明构思的示例实施方式的互补金属氧化物半导体图像传感器在选择晶体管SX和源极跟随器晶体管DX的配置上可以不同于图2示出的互补金属氧化物半导体图像传感器。在图9示出的互补金属氧化物半导体图像传感器中，选择晶体管SX的源电极可以被联接到输出线Vout并且选择晶体管SX的漏电极可以被连接到源极跟随器晶体管DX的源电极。源极跟随器晶体管DX的漏电极可以被连接到电源电压VDD。
参考图9到11，第一传输栅111、选择栅115和源极跟随器栅117可以被布置在第一像素区域PR1上，并且第二传输栅116和复位栅113可以被布置在第二像素区域PR2上。第一和第二传输栅111和116以及第一和第二浮置扩散区域121a和121b可以被布置在第一有源部分ACT1上，并且复位栅113、选择栅115和源极跟随器栅117可以被布置在第二有源部分ACT2上。
第一杂质区域123a可以被布置在阱杂质层120中源极跟随器栅117的一侧，第二杂质区域123b可以被布置在阱杂质层120中选择栅115的一侧。公共杂质区域123c可以被布置在源极跟随器栅117和选择栅115之间的阱杂质层120中。
多个接触插塞可以被布置在第一层间电介质层130中。第一杂质区域123a可以被连接到第一接触插塞133a，并且第二杂质区域123b可以被连接到第二接触插塞133b。源极跟随器栅117可以被连接到栅接触插塞135c。第一和第二浮置扩散区域121a和121b可以分别被连接到第一和第二浮置扩散区域接触插塞131a和131b。
互连线IC可以被设置为将第一和第二浮置扩散区域121a和121b、源极跟随器栅117以及第三杂质区域125a彼此电连接。互连线IC可以基本在y轴方向上延伸。互连线IC可以被布置在第一层间电介质层130上并且通过第一和第二浮置扩散区域接触插塞131a和131b被电连接到第一和第二浮置扩散区域121a和121b。互连线IC可以通过栅接触插塞135c被电连接到源极跟随器栅117。互连线IC可以通过第三接触插塞135a被电连接到第三杂质区域125a。
导电图案CP可以被布置在第一层间电介质层130上并且被连接到第二接触插塞133b。导电图案CP可以通过第二接触插塞133b被电连接到第二杂质区域123b。在一些实施方式中，互连线IC和导电图案CP可以由包括铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)、钛(Ti)、钼(Mo)、钽(Ta)、钛氮化物(TiN)、钽氮化物(TaN)、锆氮化物(ZrN)、钨氮化物(WN)或其任意组合的合金形成。
第二层间电介质层140可以被布置在第一层间电介质层130上并且覆盖互连线IC和导电图案CP。
第一导线145可以设置在第二层间电介质层140上。而且，第二导线147可以设置在第三层间电介质层150上。第一和第二导线145和147可以彼此交叉地延伸。第一导线145可以通过上部插塞141被电连接到第二杂质区域123b。第一导线145可以被连接到第二接触插塞133b和导电图案CP。第二导线147可以被连接到第一接触插塞133a和第四接触插塞135b。
图12是示出根据本发明构思的示例实施方式的互补金属氧化物半导体图像传感器的有源像素传感器阵列10的电路图。
参考图12，有源像素传感器阵列10可以包括多个单位像素P，并且单位像素P中的每个可以包括四个传输晶体管TX1、TX2、TX3和TX4。四个传输晶体管TX1、TX2、TX3和TX4可以共用电荷检测节点FD以及逻辑晶体管RX、SX和DX。
根据本发明构思的示例实施方式，在读取操作中，每行单位像素P可以由选择信号选择。第一到第四光电转换器件PD1、PD2、PD3和PD4中的一个可以响应于施加到第一到第四传输栅TG1、TG2、TG3和TG4的信号传输电荷至电荷检测节点FD。
在一些实施方式中，传输栅111和116可以具有平面形状。此外，有源像素传感器阵列10可以包括多个单位像素P，并且单位像素P中的每个可以包括八个传输晶体管TX，八个传输晶体管TX可以共用电荷检测节点FD以及逻辑晶体管RX、SX和DX。
图13是示出根据本发明构思的示例实施方式的互补金属氧化物半导体图像传感器的有源像素传感器阵列10的电路图。图14是示出根据本发明构思的示例实施方式的互补金属氧化物半导体图像传感器的俯视图。在接下来的描述中，对与图9和10的特征相同的特征的讨论可以被省略以避免重复。
参考图13和14，有源像素传感器阵列10可以包括两个传输晶体管TX1和TX2。两个传输晶体管TX1和TX2可以共用电荷检测节点FD以及逻辑晶体管RX和DX。
第一和第二光电器件PD1和PD2可以分别接收入射到第一和第二像素区域PR1和PR2的光，并且基于接收到的光产生电荷。产生的电荷可以响应于施加到第一和第二传输栅TG1和TG2的信号被传输到电荷检测节点FD。
当复位晶体管RX导通时，连接到复位晶体管RX的源电极的电源电压VDD可以被传输到电荷检测节点FD。因此，电荷检测节点FD中积累的电荷可以被耗尽，于是当复位晶体管RX导通时电荷检测节点FD可以被重置。此外，当第一和第二像素区域PR1和PR2不被选择时，复位晶体管RX可以将电荷检测节点FD保持在低电平状态(例如0伏)，因此源极跟随器晶体管DX可以处于关断状态。复位晶体管RX的操作可以通过被施加以复位信号的复位栅RG和VDD电压节点之间的复位开关(未示出)实施。
源极跟随器晶体管DX可以将与电荷检测节点FD的电位相应的电压信号输出到输出线Vout。源极跟随器晶体管DX可以响应于电荷检测节点FD被重置时的电位输出复位信号或者可以响应于电荷在电荷检测节点FD中被积累时的电位输出图像信号。换言之，源极跟随器晶体管DX的操作可以通过调整施加到复位晶体管RX的电压被确定。
在一些实施方式中，CMOS图像传感器不限于第一器件隔离层103被设置以限定第一和第二像素区域PR1和PR2的单元隔离(ISOCELL)结构。
根据本发明构思的示例实施方式，垂直结构的源极跟随器栅可以被设置在有限区域内，但是具有增加的面积。因此，在CMOS图像传感器的操作过程中，可以是有利的是减小归因于源极跟随器晶体管的沟道中的电流波动电荷在栅电介质层处被存储或被释放时产生的噪声。
此外，器件隔离层可以被设置为围绕分别形成在像素区域上的光电转换层的部分，因此光电转换层可以被彼此隔开，从而抑制串扰。因此，可以可能提高CMOS图像传感器的颜色再现特性。
当在此处使用时，单数术语“一”和“该”也打算包括复数形式，除非上下文清楚地另行指示。将理解，当一元件被称为“连接到”或“联接到”另外的元件时，它可以直接连接到或联接到所述另外的元件，或者可以存在居间元件。当在此处使用时，术语“和/或”包括相关所列项目中的一个或更多个的任意及所有组合。还将理解，当在此处使用时，术语“包含”和/或“包括”指明所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或更多其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。
同样地，将理解，当诸如层、区域或衬底的一元件被称为“在”另外的元件“上”时，它能直接在所述另外的元件上，或者可以存在居间元件。相反，术语“直接地”意思是没有居间元件。另外，详细描述中的实施方式将用作为本发明构思的理想示例视图的剖视图描述。因此，示例视图的形状可以根据制造技术和/或容许的误差被修改。因此，本发明构思的实施方式不限于示例视图中示出的具体形状，而是可以包括可以根据制造工艺产生的其它形状。
尽管诸如“第一”、“第二”等的术语可以被用来描述各种部件，但是这样的部件不必限于以上术语。以上术语仅用来将一个部件与另一部件区分开。例如，以下讨论的第一部件能被称为第二部件，同样地，第二部件可以被称为第一部件而不背离本公开的教导。
为了描述的容易，空间关系术语，诸如“在……之下”、“在……下面”、“下部”、“在……之上”、“上部”等，可以在此被用来描述如图中示出的一个元件或特征的与另外的元件(们)或特征(们)的关系。将理解，除图中描绘的取向之外，空间关系术语还旨在涵盖装置在使用或操作中的不同的取向。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为“在”另外的元件或特征“下面”或“之下”的元件将取向“在”所述另外的元件或特征“之上”。因此，示例术语“在……下面”能涵盖上下两取向。装置可以被另外取向(旋转90度或处于另外的取向)，且此处使用的空间关系描述语可以被相应地解释。
除非另有定义，此处使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与这些发明构思所属的领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。还将理解，诸如通用词典中定义的术语的术语应被解释为具有与它们的在相关领域的背景下的含义一致的含义，并且将不在理想化或过度形式化的意义上被解释，除非此处明确地如此定义。
尽管已经结合附图中示出的本发明构思的实施方式描述了本发明，但是本发明不限于此。对于本领域技术人员来说将明显的是，可以对其有各种替换、修改和改变而不背离本发明的范围和精神。
本专利申请要求享有2016年1月12日提交的韩国专利申请第10-2016-0003637号的优先权，其全部内容在此通过引用合并。

Claims (17)

1.一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，包括：
衬底，其包括第一表面、面对所述第一表面的第二表面、以及从所述第一表面向所述第二表面凹陷的第一凹陷区域；
在所述衬底上的传输栅；以及
对应于所述第一凹陷区域设置的源极跟随器栅，
其中所述源极跟随器栅填充所述第一凹陷区域并且部分地覆盖所述衬底的所述第一表面，
其中所述传输栅与所述源极跟随器栅间隔开，
其中所述传输栅的一部分在从所述衬底的所述第一表面向所述第二表面延伸的第二凹陷区域中，
所述源极跟随器栅从所述衬底的所述第一表面向所述第二表面延伸至第一深度，以及
所述传输栅从所述衬底的所述第一表面向所述第二表面延伸至第二深度，所述第二深度大于所述第一深度。
2.如权利要求1所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述源极跟随器栅包括：
在所述第一凹陷区域中的下部；以及
连接到所述下部并且在所述衬底的所述第一表面上的上部。
3.如权利要求2所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述源极跟随器栅包括彼此间隔开的多个所述下部，且所述衬底包括与所述源极跟随器栅的所述多个所述下部相应的多个所述第一凹陷区域。
4.如权利要求1所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，还包括：
在所述衬底中的光电转换层，其中所述光电转换层具有第一导电类型；以及
在所述光电转换层上的阱杂质层，其中所述阱杂质层邻近所述衬底的所述第一表面并且具有第二导电类型。
5.如权利要求4所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述第一凹陷区域被设置在具有所述第二导电类型的所述阱杂质层中并且与具有所述第一导电类型的所述光电转换层间隔开。
6.一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，包括：
第一器件隔离层，其在衬底中并且限定第一像素区域和第二像素区域；
第二器件隔离层，其在所述第一像素区域和第二像素区域中的每个中限定第一有源部分和第二有源部分；
源极跟随器栅，其在所述第一像素区域的所述第二有源部分上；
第一传输栅，其在所述第一像素区域的所述第一有源部分上；以及
第二传输栅，其在所述第二像素区域的所述第一有源部分上，
其中所述源极跟随器栅包括：
第一下部，其在所述第一像素区域的所述第二有源部分中的第一凹陷区域中；以及
第一上部，其被连接到所述第一下部并且在所述衬底的顶表面上。
7.如权利要求6所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，
其中所述第一传输栅包括：
第二下部，其在所述第一像素区域的所述第一有源部分中的第二凹陷区域中；以及
第二上部，其被连接到所述第二下部并且在所述衬底的所述顶表面上，以及
其中所述第二传输栅包括：
第三下部，其在所述第二像素区域的所述第一有源部分中的第三凹陷区域中；以及
第三上部，其被连接到所述第三下部并且在所述衬底的所述顶表面上。
8.如权利要求7所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述第一下部具有第一深度，所述第二下部具有第二深度，以及所述第三下部具有第三深度，
其中所述第一深度小于所述第二深度和所述第三深度。
9.如权利要求6所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述源极跟随器栅包括彼此间隔开的多个所述第一下部，每个所述第一下部从所述第一上部向所述衬底延伸，且所述第一像素区域的所述第二有源部分包括与所述多个所述第一下部相应的多个所述第一凹陷区域。
10.如权利要求6所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述第一传输栅和第二传输栅是在所述衬底的所述顶表面上的平面结构。
11.如权利要求6所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述第一像素区域和第二像素区域被布置使得所述第一像素区域和第二像素区域的所述第一有源部分彼此相邻。
12.如权利要求6所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，还包括：
在所述衬底中所述第一传输栅的一侧的第一浮置扩散区域；
在所述衬底中所述第二传输栅的一侧的第二浮置扩散区域；以及
在所述第二像素区域的所述第二有源部分上的复位栅，
其中所述源极跟随器栅、所述第一浮置扩散区域和第二浮置扩散区域、以及所述复位栅的被布置在所述复位栅的一侧的杂质区域彼此电连接。
13.如权利要求6所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，还包括在所述第一像素区域和第二像素区域中的每个的所述衬底中的光电转换层，其中在俯视图中所述第一器件隔离层围绕所述光电转换层。
14.一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，包括：
衬底，其包括第一表面和与所述第一表面对立的第二表面，
其中所述第一表面包括第一部分和第二部分，以及
其中所述第一表面的所述第一部分距所述第二表面第一距离，以及
其中所述第一表面的所述第二部分距所述第二表面第二距离，所述第二距离小于所述第一距离；
在所述衬底中的光电转换层，其中所述光电转换层具有第一导电类型；
在所述光电转换层上的阱杂质层，其中所述阱杂质层具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型；以及
在所述衬底上的源极跟随器栅，
其中所述源极跟随器栅具有在所述第一表面的所述第一部分上的所述源极跟随器栅的第一部分以及在所述第一表面的所述第二部分上的所述源极跟随器栅的第二部分，
其中所述第一表面的所述第二部分在所述阱杂质层中并在所述光电转换层上。
15.如权利要求14所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，还包括：
在所述衬底中并且邻近所述光电转换层的第一器件隔离层；以及
在所述阱杂质层中并且邻近所述第一器件隔离层的第二器件隔离层。
16.如权利要求14所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述衬底的所述第一表面还包括距所述第二表面第三距离的第三部分，所述第三距离小于所述第一距离，以及
其中所述源极跟随器栅还包括在所述第一表面的所述第三部分上的所述源极跟随器栅的第三部分。
17.如权利要求14所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述源极跟随器栅还包括在所述源极跟随器栅的所述第二部分中的间隙，所述间隙从所述源极跟随器栅的上表面向所述第一表面的所述第二部分延伸，以及
其中所述源极跟随器栅的所述第二部分具有在所述间隙和所述第一表面的所述第二部分之间的部分。
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