CN109728017A - 图像传感器 - Google Patents

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Abstract

一种图像传感器包括：基板，具有第一表面；第一器件隔离区，邻近第一表面且限定单元像素；转移栅，在第一表面上在单元像素的边缘处；光电转换部，在基板中且邻近转移栅的第一侧表面；以及浮置扩散区，在基板中且邻近转移栅的第二侧表面。第二侧表面面对第一侧表面。第一器件隔离区与第二侧表面间隔开。基板和第一器件隔离区掺杂有具有第一导电性的杂质。第一器件隔离区的第一杂质浓度大于基板的第二杂质浓度。

Description

图像传感器
技术领域
本发明构思涉及一种能够提高电荷转移效率的图像传感器。
背景技术
图像传感器是将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像传感器可以分为电荷耦合器件(CCD)型或互补金属氧化物半导体(CMOS)型。CIS(CMOS 图像传感器)指的是CMOS型图像传感器。CIS可以包括多个二维布置的像素。每个像素包括光电二极管(PD)。光电二极管用于将入射光转换成电信号。
发明内容
本发明构思的一些实施方式提供一种能够提高电荷转移效率的图像传感器。
根据本发明构思的一些实施方式，一种图像传感器包括：基板，具有第一表面；第一器件隔离区，在基板中且邻近基板的第一表面，第一器件隔离区限定单元像素；转移栅，在基板的第一表面上在单元像素的边缘处；光电转换部，在基板中且邻近转移栅的第一侧表面；以及浮置扩散区，在基板中且邻近转移栅的第二侧表面，转移栅的第二侧表面与转移栅的第一侧表面相反。第一器件隔离区可以与转移栅的第二侧表面间隔开。基板和第一器件隔离区可以掺杂有具有第一导电性的杂质。第一器件隔离区的第一杂质浓度可以大于基板的第二杂质浓度。
根据本发明构思的一些实施方式，一种图像传感器可以包括：基板，具有第一表面；第一器件隔离区，在基板中且邻近基板的第一表面，第一器件隔离区限定单元像素；子隔离区，在基板中在单元像素上，子隔离区与第一器件隔离区间隔开并且将单元像素分离成第一子像素和第二子像素；第一子转移栅，在第一表面上，邻近第一子像素的第一拐角，第一子像素的第一拐角邻近第二子像素；第二子转移栅，在基板的第一表面上，邻近第二子像素的第二拐角，第二子像素的第二拐角邻近第一子转移栅；以及浮置扩散区，在基板中且邻近第一子转移栅和第二子转移栅。第一器件隔离区和子隔离区与浮置扩散区间隔开。
根据本发明构思的一些实施方式，一种图像传感器包括：基板，具有第一表面；第一器件隔离区，在基板中且邻近基板的第一表面；以及在基板中的彼此间隔开的第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，第一和第二浮置扩散区与第一表面相邻。第一器件隔离区可以限定在逆时针方向布置的彼此邻近的第一至第四单元像素。第一浮置扩散区可以位于第一单元像素和第二单元像素之间的边界上。第二浮置扩散区可以位于第三单元像素和第四单元像素之间的边界上。第一和第二浮置扩散区可以彼此电连接。第一器件隔离区可以与第一和第二浮置扩散区间隔开。
附图说明
图1示出显示根据本发明构思的示例实施方式的图像传感器的平面图。
图2示出根据本发明构思的示例实施方式的沿图1的线A-A'截取的剖视图。
图3示出根据本发明构思的示例实施方式的显示图1的一部分的简化平面图。
图4示出平面图，显示了根据本发明构思的示例实施方式的第一器件隔离区与浮置扩散区接触的情形。
图5示出根据本发明构思的示例实施方式的图2的图像传感器的电势与位置的曲线图。
图6示出显示根据本发明构思的示例实施方式的图像传感器的简化平面图。
图7示出根据本发明构思的示例实施方式的沿图6的线B-B'截取的剖面的电势与位置的曲线图。
图8示出电路图，显示了根据本发明构思的示例实施方式的图6的图像传感器。
图9示出详细平面图，显示了根据本发明构思的示例实施方式的图像传感器。
图10示出根据本发明构思的示例实施方式的沿图9的线C-C'截取的剖视图。
图11示出根据本发明构思的示例实施方式的沿图9的线D-D'截取的剖视图。
图12示出示意图，显示了根据本发明构思的示例实施方式的利用自动聚焦图像传感器的相位差自动聚焦(AF)的原理。
图13A示出曲线图，显示了根据本发明构思的示例实施方式的当焦点彼此不一致时子像素LR和RR的输出的相位值。
图13B示出曲线图，显示了根据本发明构思的示例实施方式的当焦点彼此一致时子像素LR和RR的输出的相位值。
具体实施方式
注意到，本发明构思的关于一个实施方式描述的方面可以被并入不同的实施方式中，虽然没有关于其明确描述。也就是，所有的实施方式和/或任何实施方式的特征能够以任何方式和/或组合被结合。本发明构思的这些和其它目的和/或方面在以下阐述的说明书中被详细说明。
在下文中，本发明构思的一些实施方式将连同附图被详细描述以帮助清晰地理解本发明构思。
图1示出平面图，显示了根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器。
图2示出沿图1的线A-A'截取的剖视图。
参考图1和图2，基板1可以被提供给本发明构思的图像传感器。基板 1可以包括多个单元像素UP。图1和图2示出单一的单元像素UP。基板1 可以具有彼此相反的第一表面1a和第二表面1b。基板1可以是包括硅或锗的外延层或单晶晶片。基板1可以用具有第一导电性的杂质掺杂。第一导电类型可以是P型导电性。具有第一导电类型的杂质可以是硼或可以包括硼。基板1上可以提供有限制单元像素UP的第一器件隔离区32。第一器件隔离区32可以用具有第一导电类型的杂质掺杂。第一器件隔离区32的杂质浓度可以大于基板1的杂质浓度。第一器件隔离区32可以限定基板1的有源区，有源区可以邻近第一表面1a。第一器件隔离区32可以意欲分离单元像素UP，从而可能需要重掺杂的P+杂质区。第一器件隔离区32可以代替浅器件隔离层，缓和在形成浅器件隔离层时可能发生的暗电流。将理解，虽然术语第一、第二、第三等可以用于此来描述各种元件，但是元件不应受这些术语限制；而是，这些术语仅用于区分一个元件与另一元件。因而，以下讨论的第一元件可以被称为第二元件，而不偏离本发明构思的范围。
转移栅TG可以设置在邻近单元像素UP的拐角的第一表面1a上。转移栅TG可以由在其中掺杂金属或杂质的诸如多晶硅的导电层形成。栅极电介质层12可以插置在转移栅TG和第一表面1a之间。栅极电介质层12可以包括硅氧化物层。
光电转换部PD可以设置在基板1中在由转移栅TG和第一器件隔离区 32限定的单元像素UP上。光电转换部PD可以包括邻近第一表面1a的第一光电转换区42和在第一光电转换区42下面的第二光电转换区44。第一光电转换区42和第二光电转换区44可以用具有与第一导电性相反的第二导电性掺杂。第二导电性可以是N型导电性。具有第二导电性的杂质可以是磷或砷或可以包括磷或砷。第一光电转换区42的杂质浓度可以大于第二光电转换区44的杂质浓度。PN结可以形成在基板1的P型杂质掺杂区与第一和第二光电转换区42和44之间，当光入射时产生电子空穴对。
光电转换部PD还可以包括在第一光电转换区42与第一表面1a之间的第三光电转换区40。光电转换部PD还可以包括在第二光电转换区44与第二表面1b之间的第四光电转换区46。第三光电转换区40和第四光电转换区46可以用具有第一导电性(例如P型导电性)的杂质掺杂。第三和第四光电转换区40和46的每个的杂质浓度可以大于基板1的杂质浓度。第三光电转换区40的杂质浓度可以大于第四光电转换区46的杂质浓度。第三光电转换区40可以导致PN结具有朝向第一表面1a延伸的区域。第四光电转换区46可以导致PN结具有朝向第二表面1b延伸的区域。在这个构造中，PN 结可以最大化其面积以将光电转换效率增至最大。
转移栅TG可以包括邻近光电转换部PD的第一侧表面S1和与第一侧表面S1相反的第二侧表面S2。浮置扩散区FD可以设置在邻近第二侧表面 S2的基板1中。浮置扩散区FD可以邻近第一表面1a。浮置扩散区FD可以用具有第二导电性的杂质掺杂。浮置扩散区FD的杂质浓度可以大于第一光电转换区42的杂质浓度。
图3示出显示图1的一部分的简化平面图。图4示出平面图，显示了第一器件隔离区与浮置扩散区接触的情形。
参考图3，第一器件隔离区32可以与转移栅TG的第二侧表面S2间隔开。第一器件隔离区32可以与浮置扩散区FD间隔开。当电荷沿虚线箭头从光电转换部PD朝向浮置扩散区FD转移时，有可能抑制第一器件隔离区32 或重掺杂的P型杂质区的效应。因而，转移栅TG可以在电荷转移率方面增大。如图4所示，在第一器件隔离区32延伸达到转移栅TG的第二侧表面S2的情况下，当电荷从光电转换部PD转移到浮置扩散区FD时，第一器件隔离区32的重掺杂的P型杂质可以中断在沟道区两侧(用符号P1和P2标记)的电荷运输。结果，电荷转移率会降低，并且信号检测效率也会降低。
返回参考图1和图2，第一杂质掺杂区域50可以设置在浮置扩散区FD 的上侧壁上和转移栅TG的一部分下面。第一杂质掺杂区域50可以与第一光电转换区42和第三光电转换区40间隔开。第一杂质掺杂区50可以用例如具有第二导电性的杂质掺杂。第一杂质掺杂区50的杂质浓度可以小于浮置扩散区FD的杂质浓度。第一杂质掺杂区50的杂质浓度可以小于第一光电转换区42的杂质浓度。取决于图像传感器的操作，悬键可以邻近第一表面1a形成。当在光电转换部PD中产生的电荷转移到浮置扩散区FD时，悬键可以捕获所述电荷。在第一杂质掺杂区50中掺杂的N型杂质的电子可以与所述悬键结合，从而去除捕获源(trapsource)。在这种意义上，可以防止所述电荷被捕获在所述悬键中且与所述悬键再结合。于是，当所述电荷转移时，可以抑制电荷损失，从而可以防止信号图形在低码范围的线性度方面退化。当第一杂质掺杂区50的杂质浓度与浮置扩散区FD的杂质浓度相同时，会发现包括转移栅TG的转移晶体管的OFF电势减小的问题。因而，可能需要第一杂质掺杂区50的杂质浓度小于浮置扩散区FD的杂质浓度。
第二器件隔离区34可以设置在基板1中且在第一器件隔离区32下面。第二器件隔离区34可以与第一器件隔离区32接触。第二器件隔离区34可以用具有第一导电性的杂质掺杂。第二器件隔离区34的杂质浓度可以与第一器件隔离区32的杂质浓度基本相同。第二器件隔离区34可以延伸以位于浮置扩散区FD下面。在浮置扩散区FD下面第二器件隔离区34可以防止浮置扩散区FD的第二导电性杂质朝向第二表面1b扩散。当在平面图中看时，第一器件隔离区32可以不形成闭合曲线，而第二器件隔离区34可以形成闭合曲线。第一器件隔离区32可以具有与第二器件隔离区34的布局不同的布局，因此，电荷转移率可以增大。
基板1中可以提供有交叠转移栅TG的第二杂质掺杂区48。当转移栅 TG被供给有电压时，沟道区可以形成在邻近转移栅TG的基板1中。第二杂质掺杂区48可以设置在沟道区下面。第二杂质掺杂区48可以与第一表面 1a间隔开。第二杂质掺杂区48可以部分地延伸到第一光电转换区42中。第二杂质掺杂区48可以用具有第一导电性的杂质掺杂。第二杂质掺杂区48的杂质浓度可以大于基板1的杂质浓度并且小于第一和第二器件隔离区32和 34的杂质浓度。
图5示出关于图2的图像传感器的电势与位置的曲线图。
参考图2和图5，当包括转移栅TG的转移晶体管处于断开状态时，不存在第二杂质掺杂区48可以减小沟道区的OFF电势，因而，即使没有开启转移栅TG，在光电转换部PD中产生的电荷也可以转移到浮置扩散区FD，这会引起问题。当包括转移栅TG的转移晶体管处于断开状态时，第二杂质掺杂区48可以用于(在箭头方向)增加沟道区的OFF电势。因而，当转移晶体管处于断开状态时，可以防止在光电转换部PD中产生的电荷转移到浮置扩散区FD。当第二杂质掺杂区48的杂质浓度与第一和第二器件隔离区32 和34的杂质浓度相同时，沟道区的OFF电势可能过度地增大而产生诸如溢出现象的问题。如果光照射到一部分图像传感器上，则阱区可以用所产生的电荷载流子填充。超过阱区容量的光会导致额外的电荷溢出到相邻的阱区中。这个结果可能是不期望的，并且可以被称为溢出现象。溢出现象可以导致相邻像素中的不准确数据，因而，降低图像传感器***的空间分辨率。
因此，第二杂质掺杂区48的杂质浓度可以被选择为小于第一和第二器件隔离区32和34的杂质浓度。第一器件隔离区32的布局可以变成与浮置扩散区FD间隔开，并且第二杂质掺杂区48的杂质浓度可以独立于第一器件隔离区32的杂质浓度被调整，因而可以容易地控制沟道区的OFF电势。
深器件隔离图案20可以设置在第二器件隔离区34和第二表面1b之间。深器件隔离图案20可以由具有与基板1的折射率不同的折射率的材料形成。深器件隔离图案20可以用于防止单元像素UP之间的串扰。深器件隔离图案20可以包括至少掩埋绝缘层。掩埋绝缘层可以是例如硅氧化物层，或者可以包括例如硅氧化物层。深器件隔离图案20还可以包括固定电荷层。固定电荷层可以由包括氧(其量小于它的化学计量比)的金属氧化物形成，或包括氟(其量小于它的化学计量比)的金属氟化物形成。因而，固定电荷层可以具有负的固定电荷。固定电荷层可以由包括铪(Hf)、锆(Zr)、铝(Al)、钽 (Ta)、钛(Ti)、钇(Y)和镧系元素中的一种或更多种的金属氧化物或金属氟化物形成。固定电荷层可以设置在深器件隔离图案20的边缘上以与基板1接触。此外，固定电荷层可以延伸以覆盖基板1的第二表面1b。固定电荷层可以抑制暗电流和白斑。
第三器件隔离区36可以设置在第二器件隔离区34和深器件隔离图案 20之间。第三器件隔离区36可以用具有第一导电性的杂质掺杂。第三器件隔离区36的杂质浓度可以大于基板1的杂质浓度并且小于第一和第二器件隔离区32和34的杂质浓度。
图6示出简化的平面图，显示了根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器。
参考图6，第一器件隔离区32可以限定彼此相邻的第一至第四单元像素UP1、UP2、UP3和UP4。第一至第四单元像素UP1至UP4可以沿逆时针方向彼此邻近。例如，第一单元像素UP1和第二单元像素UP2可以在第一方向D1上邻近地设置。第一单元像素UP1和第四单元像素UP4可以在与第一方向D1相交和/或垂直于第一方向D1的第二方向D2上邻近地设置。第二单元像素UP2和第三单元像素UP3可以在第二方向D2上邻近地设置。虽然未示出，但是第一至第四单元像素UP1至UP4的每个可以被提供有光入射到其中的一个微透镜。
子隔离区31可以设置在第一至第四单元像素UP1至UP4的中心。子隔离区31可以将第一至第四单元像素UP1至UP4的每个分离成左子像素LR 和右子像素RR。左子像素LR可以被提供有第一至第四左子光电转换部 PD1L、PD2L、PD3L和PD4L和第一至第四左子转移栅TG1L、TG2L、TG3L 和TG4L。右子像素RR可以被提供有第一至第四右子光电转换部PD1R、PD2R、PD3R和PD4R以及第一至第四右子转移栅TG1R、TG2R、TG3R和 TG4R。单一的微透镜可以被构成一个单元像素诸如UP1、UP2、UP3或UP4 的左子像素LR和右子像素RR共用。
第一浮置扩散区FD1可以设置在第一单元像素UP1和第二单元像素 UP2之间的边界中间。第二浮置扩散区FD2可以设置在第三单元像素UP3 和第四单元像素UP4之间的边界中间。第一浮置扩散区FD1可以共同地邻近第一左子转移栅TG1L和第一右子转移栅TG1R以及第二左子转移栅 TG2L和第二右子转移栅TG2R。第二浮置扩散区FD2可以共同地邻近第三左子转移栅TG3L和第三右子转移栅TG3R以及第四左子转移栅TG4L和第四右子转移栅TG4R。第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2可以通过第一线71彼此电连接。
类似于以上参考图1和图2讨论的第一器件隔离区32，第一器件隔离区32和子隔离区31可以是设置在基板1中的重掺杂P型杂质区。第一器件隔离区32和子隔离区31可以位于基板1中的相同水平处。第一器件隔离区 32和子隔离区31可以与第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2完全间隔开。在这样的构造中，左子转移栅TG1L、TG2L、TG3L和TG4L和/或右子转移栅TG1R、TG2R、TG3R和TG4R的电荷转移率可以增加。第一器件隔离区32和子隔离区31可以不形成在第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2处，因此，有可能除去重掺杂的P型杂质的效应。
子隔离区31可以不与第一器件隔离区32接触，而是可以与第一器件隔离区32间隔开。分别在第一至第四左子光电转换部PD1L至PD4L和第一至第四右子光电转换部PD1R至PD4R之间，子隔离区31和第一器件隔离区32之间的第一区域R1可以具有比第一器件隔离区32的电势小的电势。第一区域R1可以具有比第一器件隔离区32的杂质浓度低的杂质浓度。
下面将代表性地讨论第三单元像素UP3。图7示出关于沿图6的线B-B' 截取的剖面的电势与位置的曲线图。
参考图7，在第三左子光电转换部PD3L和第三右子光电转换部PD3R 之间，子隔离区31和第一器件隔离区32之间的第一区域R1的电势可以小于第一器件隔离区32的电势。当光入射在第三单元像素UP3上时，第三左子光电转换部PD3L和第三右子光电转换部PD3R的每个可以具有增大的电势。基于所接收的光的量，第三左子光电转换部PD3L和第三右子光电转换部PD3R可以在电势增长程度方面彼此不同。例如，第三左子光电转换部 PD3L的电势可以变得大于第三右子光电转换部PD3R的电势。当第三左子光电转换部PD3L的电势变得大于第三右子光电转换部PD3R的电势时，电子可以迁移到具有相对低电势的第三右子光电转换部PD3R中。因此，因为不会超过第三右子光电转换部PD3L的电子容量，所以可以防止溢出现象。当在不存在第一区域R1的条件下，子隔离区31与第一器件隔离区32接触时，在第三左子光电转换部PD3L中过度产生的电荷可以在通过第一器件隔离区32之后迁移到相邻的第一单元像素UP1中，从而产生溢出现象。
图8示出图6中显示的图像传感器的电路图。
参考图6和图8，第一器件隔离区32可以延伸以限定驱动图像传感器的晶体管的有源区AR。例如，邻近第一单元像素UP1的有源区AR上可以被提供有彼此间隔开的第一和第二源极跟随器栅极SF1和SF2。邻近第四单元像素UP4的有源区AR上可以提供有彼此间隔开的复位栅RG和选择栅 SEL。基板1中可以提供有在第一源极跟随器栅极SF1、第二源极跟随器栅极SF2、复位栅RG和选择栅SEL的相反两侧的源极/漏极区81、82、83、 84、85和86。在第一和第二跟随器栅极SF1和SF2之间的第一源极/漏极区 81可以通过第二线72电连接到与选择栅SEL的一侧相邻的第二源极/漏极区82。电源电压VDD可以被施加到第二源极跟随器栅极SF2和复位栅RG 之间的第三源极/漏极区83。可以从与选择栅SEL的另一侧相邻的第四源极 /漏极区84检测信号。第五源极/漏极区85可以与第一源极跟随器栅极SF1 的一侧相邻地定位。第六源极/漏极区86可以与复位栅RG的一侧相邻地定位。
第一和第二源极跟随器栅极SF1和SF2可以形成指状类型的源极跟随器晶体管。第一和第二源极跟随器栅极SF1和SF2可以通过图中未示出的线彼此电连接。第一源极/漏极区81可以对应于第一和第二源极跟随器栅极 SF1和SF2之间的公共漏极区。对应于第一和第二源极跟随器栅极SF1和 SF2的源极区的第五源极/漏极区85和第三源极/漏极区83可以通过图中未示出的线彼此电连接。
源极跟随器晶体管可以具有经由栅极接收浮置扩散区(其用作感测节点) 的电势以放大浮置扩散区的所述电势的功能，以及将放大的电势转移到内部电路的功能。与其它转移晶体管、复位晶体管和选择晶体管相比，源极跟随器晶体管会更易受晶体管的本征噪声(诸如热噪声和闪烁噪声)影响。在源极跟随器晶体管处发生的噪声可以传递到内部电路，因而图像品质可以劣化。因为源极跟随器晶体管形成为具有指状类型，所以它可以有益于减少晶体管的本征热和闪烁噪声的效应，并且有益于精确地读取第一和第二浮置扩散区FD1和FD2的电势。
在第一至第四单元像素UP1至UP4中产生的电荷可以顺序地转移。首先，电源电压VDD可以被施加到包括复位栅RG的复位晶体管的漏极并且施加到包括第一和第二源极跟随器栅极SF1和SF2的源极跟随器晶体管的漏极，因而，第一和第二浮置扩散区FD1和FD2可以排出在其中保留的电荷。此后，复位晶体管可以截止，并且可以接收光。电压可以被施加到第一左子转移栅TG1L和第一右子转移栅TG1R，然后在第一左子光电转换部 PD1L和第一右子光电转换部PD1R中产生的电荷可以转移到且聚集在第一浮置扩散区FD1中。第一和第二源极跟随器栅极SF1和SF2的偏压可以与电荷的聚集量成比例地改变，因而，源极跟随器晶体管的源极电势可以改变。在这种情形下，当包括选择栅SEL的选择晶体管导通时，由电荷引起的信号可以由信号读出线Vout读出。接着，可以对第二至第四单元像素UP2至UP4 执行相同的操作。
第一左子转移栅TG1L和第一右子转移栅TG1R可以如以上讨论地同时或者顺序地被供给导通电压。例如，第一左子转移栅TG1L和第一右子转移栅TG1R的其中之一可以被供给导通电压以检测相关子像素的信号，此后，第一左子转移栅TG1L和第一右子转移栅TG1R中的另一个可以被供给导通电压以检测其它子像素的信号。
图9示出详细的平面图，显示了根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器。图10示出沿图9的线C-C'截取的剖视图。图11示出沿图9的线D- D'截取的剖视图。
参考图9至11，第一至第六源极/漏极区81至86可以全部是在该处掺杂具有第二导电性的杂质的区域。第一至第六源极/漏极区81至86的每个的杂质浓度可以与第一和第二浮置扩散区FD1和FD2的杂质浓度相同。浅器件隔离图案10和11可以设置在相邻的重掺杂的N+杂质区之间，并且可以使所述相邻的重掺杂的N+杂质区彼此电分离。例如，第一浅器件隔离图案10可以设置在彼此相邻的第四源极/漏极区84和第五源极/漏极区85之间。第二浅器件隔离图案11可以设置在彼此相邻的第二源极/漏极区82和第六源极/漏极区86之间。浅器件隔离图案10和11可以由例如硅氧化物层形成。
第一器件隔离区32和第二器件隔离区34可以与浅器件隔离图案10和 11的侧表面和底表面接触。浅器件隔离图案10和11可以通过例如浅沟槽隔离(STI)工艺形成。浅器件隔离图案10和11的表面上可以具有由蚀刻损坏引起的晶体缺陷。因此，悬键可以存在于浅器件隔离图案10和11的所述表面上。悬键可以产生电子，增大暗电流。因为第一器件隔离区32和第二器件隔离区34与浅器件隔离图案10和11的侧表面和底表面接触，所以可以减小暗电流。
第一杂质掺杂区50可以部分地交叠左子转移栅TG1L、TG2L、TG3L和 TG4L中的对应左子转移栅和右子转移栅TG1R、TG2R、TG3R和TG4R中的对应右子转移栅。参考图9和图11，第一杂质掺杂区50可以部分地延伸到第一器件隔离区32和子隔离区31中。第二杂质掺杂区48可以完全交叠左子转移栅TG1L、TG2L、TG3L和TG4L中的对应左子转移栅和右子转移栅TG1R、TG2R、TG3R和TG4R中的对应右子转移栅。第二杂质掺杂区48 可以部分地延伸到子光电转换部PD1L至PD4L和PD1R至PD4R中的对应子光电转换部的第一光电转换区42中。第二器件隔离区34可以在第一和第二浮置扩散区FD1和FD2下面具有十字形。因为用P型杂质重掺杂的第一和第二器件隔离区32和34没有形成在第一区域R1，所以可以实现以上参考图7讨论的效应，因而降低或防止溢出现象。第一区域R1可以被提供有深器件隔离图案20，诸如第三器件隔离区36，与第一和第二器件隔离区32 和34相比在该处P型杂质相对轻地掺杂。深器件隔离图案20可以在第二器件隔离区34和第二表面1b之间延伸。邻近第二表面1b的深器件隔离图案 20可以具有网络形状。深器件隔离图案20可以分离子像素和单元像素。其它构造和效应可以与参考图1至图8论述的那些相同或类似。
虽然未示出，但是第一表面1a可以用多个层间电介质层覆盖。所述多个层间电介质层中可以提供有包括参考图6讨论的线71和72的各种路由线，因此，可以制造图8的电路。固定电荷层可以设置在第二表面1b上。滤色器和微透镜可以或者设置在第一表面1a上或者设置在第二表面1b上。
根据本发明构思，因为像素分离，在该处重掺杂P型杂质的第一器件隔离区32的布局可以变成与浮置扩散区FD间隔开，使得沟道区可以不受第一器件隔离区32影响。因此，电荷转移率可以增加。
以下描述了参考图9至图11讨论的图像传感器的制造方法。
基板1可以被提供为包括在其中掺杂的第一导电性杂质。可以执行离子注入工艺以在基板1中形成左子光电转换部PD1L至PD4L和右子光电转换部PD1R至PD4R、第一至第三器件隔离区32、34和36、以及第一和第二杂质掺杂区50和48。可以采用浅沟槽隔离(STI)方法以形成邻近基板1的第一表面1a的浅器件隔离图案10。栅极电介质层12、子转移栅TG1L至TG4L 和TG1R至TG4R、源极跟随器栅极SF1和SF2、复位栅RG和选择栅SEL 可以形成在第一表面1a上。可以执行离子注入工艺以形成在该处重掺杂N 型杂质的浮置扩散区FD1和FD2以及源极/漏极区81至86。虽然未示出，但是可以形成一个或更多个层间电介质层和线路，然后基板1可以被倒置。深器件隔离图案20可以邻近第二表面1b形成。
根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器可以应用于各种类型的图像传感器。例如，参考图6和图8至图11讨论的图像传感器可以应用于自动聚焦图像传感器。
图12示出示意图，显示了利用自动聚焦图像传感器的相位差自动聚焦 (AF)的原理。图13A示出曲线图，显示了当焦点彼此不一致时子像素LR和 RR的输出的相位值。图13B示出曲线图，显示了当焦点彼此一致时子像素 LR和RR的输出的相位值。
参考图12，已经透过成像透镜101的物体光可以在经过微透镜阵列MLA 之后被引导到右子像素RR和左子像素LR中。例如，在成像透镜101的光学孔径112和113当中，来自成像透镜101的光轴110上面的光学孔径112 的光可以入射到左子像素LR上，来自成像透镜101的光轴110下面的光学孔径113的光可以入射到右子像素RR上。如上所讨论的，右子像素RR和左子像素LR可以共用一个微透镜ML。例如，右子像素RR和左子像素LR 可以形成一个单元像素UP，光电转换部PD可以提供在每个子像素LR和 RR上。在单元像素UP上，当在平面图中看时，光电转换部PD可以彼此间隔开，并且入射到光电转换部PD上的光可以具有彼此不同的相位。在光电转换部PD中获得的图像之间的相位差可以被检测以纠正所获得的图像的焦点。
图13A和图13B可以是沿微透镜阵列MLA从右子像素RR和左子像素 LR连续输出的绘图值。在图13A和图13B中，横轴可以表示右子像素RR 和左子像素LR的位置，竖轴可以表示右子像素RR和左子像素LR的输出值。右子像素RR和左子像素LR的输出值可以表现出相同的形状。另一方面，右子像素RR和左子像素LR的输出值可以在位置或相位方面不同。这可能是由于由来自成像透镜101的偏心布置的光学孔径112和113的光制造的图像的位置不同。因而，当光的焦点彼此不一致时，右子像素RR和左子像素LR可以表现出如图13A所示的不同相位，而当光的焦点彼此一致时，图像可以形成在如图13B所示的相同位置。此外，焦距差的方向可以根据以上所述的确定。在物体前面的焦点位置可以被称为焦点前移，在焦点前移的情形下，右子像素RR的输出的相位可以从聚焦状态的相位向左移，左子像素LR的输出的相位可以从聚焦状态的相位向右移。相反，在物体后面的聚焦位置可以为被称为焦点后移，在焦点后移的情况下，右子像素RR的输出的相位可以从聚焦状态的相位向右移，左子像素LR的输出的相位可以从聚焦状态向左移。右子像素RR和左子像素LR输出的相位值之间的移动量可以转变成焦距之间的偏差量。
根据本发明构思的一些实施方式的自动聚焦图像传感器可以不包括用于焦点检测的分离的像素(未示出)。焦点检测像素可以具有纠正单元像素 UP的焦点而不输出物像的功能。焦点检测像素的数目增加会减少输出电信号的单元像素UP的数目。不存在焦点检测像素可以提高自动聚焦图像传感器的分辨率。
根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器可以抑制溢出现象，改善暗电流特性，和/或增加电荷转移效率。
在这里使用时，术语“和/或”包括一个或更多个相关列举项目的任意和所有组合。诸如“至少一个”的表述，当在一列元件之前时，修饰整列元素而不修饰该列中的个别元素。
如上所述，示例性实施方式已经参考附图和说明书被描述。虽然实施方式已经使用说明书中的专用术语被描述，但是这些术语仅用于描述本公开的技术构思，而不用于限制在权利要求中的本公开的范围或限制其含义。虽然已经参考本发明构思的实施方式具体地显示和描述了本发明构思，但是将理解，可以在其中进行形式和细节的各种变化而不脱离权利要求的精神和范围。
本专利申请要求享有2017年10月31日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0143155的优先权，其公开通过引用整体合并于此。

Claims (25)

1.一种图像传感器，包含：
基板，具有第一表面；
第一器件隔离区，在所述基板中且邻近所述基板的所述第一表面，所述第一器件隔离区限定单元像素；
转移栅，在所述基板的所述第一表面上在所述单元像素的边缘处；
光电转换部，在所述基板中且邻近所述转移栅的第一侧表面；以及
浮置扩散区，在所述基板中且邻近所述转移栅的第二侧表面，所述第二侧表面与所述第一侧表面相反，
其中所述第一器件隔离区与所述转移栅的所述第二侧表面间隔开，
其中所述基板和所述第一器件隔离区掺杂有具有第一导电性的杂质，以及
其中所述第一器件隔离区的第一杂质浓度大于所述基板的第二杂质浓度。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一器件隔离区与所述浮置扩散区间隔开。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
第一杂质掺杂区，在所述基板中且交叠所述转移栅，
其中所述第一杂质掺杂区掺杂有具有第一导电性的杂质，以及
其中所述第一杂质掺杂区的第三杂质浓度大于所述基板的所述第二杂质浓度并且小于所述第一器件隔离区的所述第一杂质浓度。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，
其中所述光电转换部包括掺杂有具有与所述第一导电性相反的第二导电性的杂质的第一光电转换区，以及
其中所述第一杂质掺杂区延伸到所述第一光电转换区中。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，
其中所述光电转换部还包括在所述基板中且邻近所述基板的第二表面的第二光电转换区，以及
其中所述第二光电转换区交叠所述第一光电转换区并且掺杂有具有所述第一导电性的杂质。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，
其中所述光电转换部还包括在所述第一光电转换区和所述第二光电转换区之间的第三光电转换区，以及
其中所述第三光电转换区掺杂有具有第二导电性的杂质，
其中所述第三光电转换区的第四杂质浓度小于所述第一光电转换区的第五杂质浓度。
7.根据权利要求3所述的图像传感器，还包括：
第二杂质掺杂区，与所述第一杂质掺杂区间隔开并且从所述浮置扩散区的上侧壁延伸到所述转移栅的一部分下面，
其中所述浮置扩散区和所述第二杂质掺杂区掺杂有具有与所述第一导电性相反的第二导电性的杂质，以及
其中所述第二杂质掺杂区的第六杂质浓度小于所述浮置扩散区的第七杂质浓度。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
第二器件隔离区，在所述浮置扩散区下面且掺杂有具有所述第一导电性的杂质，
其中所述第二器件隔离区的第八杂质浓度与所述第一器件隔离区的所述第一杂质浓度相同。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中所述第二器件隔离区接触所述第一器件隔离区。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
深器件隔离图案，从所述基板的第二表面朝向所述基板的所述第一表面延伸并且交叠所述第一器件隔离区和/或所述浮置扩散区。
11.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
浅器件隔离图案，从所述基板的所述第一表面朝向所述基板的第二表面延伸并且与所述第一器件隔离区接触。
12.根据权利要求11所述的图像传感器，还包括：
在所述基板中的彼此邻近的第一源极/漏极区和第二源极/漏极区，
其中所述浅器件隔离图案与所述单元像素间隔开并且设置在所述第一源极/漏极区和所述第二源极/漏极区之间。
13.一种图像传感器，包含：
基板，具有第一表面；
第一器件隔离区，在所述基板中且邻近所述基板的所述第一表面，所述第一器件隔离区限定单元像素；
子隔离区，在所述基板中在所述单元像素上，所述子隔离区与所述第一器件隔离区间隔开并且将所述单元像素分离成第一子像素和第二子像素；
第一子转移栅，在所述基板的所述第一表面上，邻近所述第一子像素的第一拐角，所述第一子像素的所述第一拐角邻近所述第二子像素；
第二子转移栅，在所述基板的所述第一表面上，邻近所述第二子像素的第二拐角，所述第二子像素的所述第二拐角邻近所述第一子转移栅；以及
浮置扩散区，在所述基板中且邻近所述第一子转移栅和所述第二子转移栅，
其中所述第一器件隔离区和所述子隔离区与所述浮置扩散区间隔开。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，
其中所述基板、所述第一器件隔离区和所述子隔离区掺杂有具有第一导电性的杂质，以及
其中所述第一器件隔离区的第一杂质浓度和所述子隔离区的第二杂质浓度大于所述基板的第三杂质浓度。
15.根据权利要求13所述的图像传感器，还包括：
在所述基板中且交叠所述第一和第二子转移栅的第一杂质掺杂区，所述第一杂质掺杂区掺杂有具有第一导电性的杂质，
其中所述第一杂质掺杂区的第四杂质浓度大于所述基板的第三杂质浓度且小于所述第一器件隔离区的第一杂质浓度。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，还包括：
第一子光电转换部，在所述第一子像素处且在邻近所述第一子转移栅的所述基板中；以及
第二子光电转换部，在所述第二子像素处且在邻近所述第二子转移栅的所述基板中，
其中所述子隔离区在所述第一子光电转换部和所述第二子光电转换部之间，以及
其中，在所述第一子像素和所述第二子光电转换部之间，所述子隔离区和所述第一器件隔离区之间的第一电势小于所述第一器件隔离区的第二电势。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，
其中所述第一和第二子光电转换部的每个包括掺杂有具有与第一导电性相反的第二导电性的杂质的第一光电转换区，以及
其中所述第一杂质掺杂区延伸到所述第一光电转换区中。
18.根据权利要求17所述的图像传感器，
其中所述第一和第二子光电转换部的每个还包括在所述基板中且邻近所述基板的与所述基板的所述第一表面相反的第二表面的第二光电转换区，以及
其中所述第二光电转换区交叠所述第一光电转换区并且掺杂有具有所述第一导电性的杂质。
19.根据权利要求15所述的图像传感器，还包括：
第二杂质掺杂区，与所述第一杂质掺杂区间隔开并且从所述浮置扩散区的上侧壁延伸到部分的所述第一和第二子转移栅下面，
其中所述浮置扩散区和所述第二杂质掺杂区掺杂有具有与所述第一导电性相反的第二导电性的杂质，以及
其中所述第二杂质掺杂区的第五杂质浓度小于所述浮置扩散区的第六杂质浓度。
20.根据权利要求13所述的图像传感器，还包括：
第二器件隔离区，在所述浮置扩散区下面且掺杂有具有第一导电性的杂质，
其中所述第二器件隔离区的第七杂质浓度与所述第一器件隔离区的第一杂质浓度相同。
21.根据权利要求20所述的图像传感器，其中所述第二器件隔离区接触所述第一器件隔离区。
22.一种图像传感器，包括：
基板，具有第一表面；
第一器件隔离区，在所述基板中且邻近所述基板的所述第一表面；以及在所述基板中的彼此间隔开的第一浮置扩散区和第二浮置扩散区，所述第一和第二浮置扩散区与所述基板的所述第一表面相邻，
其中所述第一器件隔离区限定在平面图中在逆时针方向布置的彼此邻近的第一至第四单元像素，
其中所述第一浮置扩散区位于所述第一单元像素和所述第二单元像素之间的边界上，
其中所述第二浮置扩散区位于所述第三单元像素和所述第四单元像素之间的边界上，
其中所述第一和第二浮置扩散区彼此电连接，以及
其中所述第一器件隔离区与所述第一和第二浮置扩散区间隔开。
23.根据权利要求22所述的图像传感器，还包括：
子隔离区，在所述第一至第四单元像素的每个上且将所述第一至第四单元像素的每个分离成左子像素和右子像素，
其中所述子隔离区与所述第一器件隔离区和所述第一和第二浮置扩散区间隔开。
24.根据权利要求23所述的图像传感器，还包括：
左子转移栅和右子转移栅，在所述基板的所述第一表面上且分别邻近所述左子像素的第一拐角和所述右子像素的第二拐角；以及
第一杂质掺杂区，在所述基板中邻近所述基板的所述第一表面并且部分地交叠所述左子转移栅和所述右子转移栅，
其中所述第一杂质掺杂区与所述第一和第二浮置扩散区接触，
其中所述第一杂质掺杂区掺杂有具有与所述第一和第二浮置扩散区的杂质的导电性相同的导电性的杂质，以及
其中所述第一杂质掺杂区的第一杂质浓度小于所述第一浮置扩散区的第二杂质浓度且小于所述第二浮置扩散区的第三杂质浓度。
25.根据权利要求24所述的图像传感器，其中所述第一杂质掺杂区部分地延伸到所述第一器件隔离区和所述子隔离区中。
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