CN114823758A - 半导体装置和包括该半导体装置的图像传感器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种半导体装置和包括该半导体装置的图像传感器。半导体装置包括：器件隔离层，其在半导体衬底上限定有源区；栅电极，其与有源区交叉；栅极绝缘图案，其在栅电极与半导体衬底之间；第一杂质区，其在有源区中设置在栅电极的第一侧；以及第二杂质区，其在有源区中设置在栅电极的第二侧，栅极绝缘图案包括邻近于器件隔离层的第一侧壁的第一边缘部分、邻近于器件隔离层的第二侧壁的第二边缘部分、以及第一边缘部分和第二边缘部分之间的中心部分，并且第一边缘部分具有第一厚度，第二边缘部分具有小于第一厚度的第二厚度。

Description

半导体装置和包括该半导体装置的图像传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年1月27日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0011511的优先权，该申请的公开以引用方式全文并入本文中。
技术领域
本文所述的本公开的实施例涉及一种具有改进的电特性的半导体装置以及包括该半导体装置的图像传感器。
背景技术
图像传感器将光学图像转换为电信号。近年来，随着计算机产业和通信产业的发展，在例如数码相机、摄像机、个人通信***(PCS)、游戏装置、安全相机和医用微型相机的各个领域对性能提高的图像传感器的需求不断增加。
图像传感器包括电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。其中，CMOS图像传感器具有简单的驱动方法，并且能够在单个芯片上集成信号处理电路，以使得产品能够容易地缩小。CMOS图像传感器也消耗很少的功率，因此很容易应用于电池容量有限的产品。此外，CMOS图像传感器可与CMOS工艺技术互换使用，从而降低制造成本。因此，随着相关技术的发展，能够实现高分辨率的CMOS图像传感器的使用迅速增加。
发明内容
实施例提供了一种具有改进的电特性的半导体装置。
实施例提供了一种具有改进的电特性和光特性的图像传感器。
本发明构思要解决的问题不限于上述问题，本领域技术人员将通过以下描述将清楚地理解其他未提及的问题。
根据实施例，一种半导体装置可包括：器件隔离层，其在半导体衬底上限定有源区；栅电极，其与有源区交叉；栅极绝缘图案，其在栅电极与半导体衬底之间；第一杂质区，其在有源区中设置在栅电极的第一侧；以及第二杂质区，其在有源区中设置在栅电极的第二侧，栅极绝缘图案可包括邻近于器件隔离层的第一侧壁的第一边缘部分、邻近于器件隔离层的第二侧壁的第二边缘部分、以及第一边缘部分和第二边缘部分之间的中心部分，并且第一边缘部分可具有第一厚度，第二边缘部分可具有小于第一厚度的第二厚度。
根据实施例，一种图像传感器可包括：第一导电类型的半导体衬底；设置在半导体衬底中以限定像素区的像素隔离结构；设置在像素区的半导体衬底中以限定有源区的器件隔离层；光电转换区，其设置在像素区中，并且包括第二导电类型的杂质；浮置扩散区，其与光电转换区分开，并且设置在像素区中；转移栅电极，其在光电转换区与浮置扩散区之间；以及晶体管，其连接至浮置扩散区，晶体管中的至少一个可包括：栅电极，其设置在有源区上；栅极绝缘图案，其在栅电极与有源区之间；以及第一杂质区和第二杂质区，其设置在有源区中，位于栅电极的两侧，栅极绝缘图案可包括彼此相对并且邻近于器件隔离层的第一边缘部分和第二边缘部分以及第一边缘部分和第二边缘部分之间的中心部分，第一边缘部分可具有第一厚度，第二边缘部分可具有小于第一厚度的第二厚度。
根据实施例，一种图像传感器可包括：第一导电类型的半导体衬底，其具有彼此面对的第一表面和第二表面；像素隔离结构，其设置在半导体衬底中，以限定第一像素区和第二像素区；第二导电类型的光电转换区，其分别针对第一像素区和第二像素区设置；转移栅电极，其在第一像素区和第二像素区中的每一个中，设置在半导体衬底的第一表面上；第一器件隔离层，其在第一像素区中在半导体衬底的第一表面上限定第一有源区；源极跟随器栅电极，其设置在第一有源区上；第一栅极绝缘图案，其在源极跟随器栅电极与第一有源区之间；互连部分，其在半导体衬底的第一表面上电连接至光电转换区；滤色器，其在半导体衬底的第二表面上对应于第一像素区和第二像素区；以及滤色器上的微透镜，第一有源区可包括与源极跟随器栅电极重叠的沟道区，并且沟道区包括邻近于第一器件隔离层的第一侧壁的第一边缘区、邻近于第一器件隔离层的第二侧壁的第二边缘区、以及第一边缘区与第二边缘区之间的有效沟道区，并且第一栅极绝缘图案可包括具有第一厚度并且与第一边缘区重叠的第一边缘部分、以及具有小于第一厚度的第二厚度并且与第二边缘区重叠的第二边缘部分。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的实施例，以上和其它方面和特征将变得清楚。
图1是示出根据实施例的半导体装置的一部分的平面图；
图2是沿着图1的线I-I’、线II-II’和线III-III’截取的剖视图；
图3A、图3B和图3C是示出根据实施例的半导体装置的一些部分的平面图；
图4A、图4B和图4C分别是沿着图3A、图3B和图3C的线I-I’、线II-II’和线III-III’截取的剖视图；
图5是示出根据实施例的半导体装置的一部分的平面图；
图6是沿着图5的线I-I’、线II-II’和线III-III’截取的剖视图；
图7A至图7E是示出制造根据实施例的半导体装置的方法的平面图；
图8A至图8E分别是沿着图7A至图7E的线I-I’、线II-II’和线III-III’截取的剖视图，同时示出了制造根据实施例的半导体装置的方法；
图9是根据实施例的图像传感器的框图；
图10是根据实施例的图像传感器的有源像素传感器阵列的电路图；
图11是包括根据实施例的半导体装置的图像传感器的示意性平面图；
图12是沿着图11的线A-A’截取的剖视图；
图13是包括根据实施例的半导体装置的图像传感器的示意性平面图；
图14是沿着图13的线A-A’截取的剖视图；
图15和图16是包括根据实施例的半导体装置的图像传感器的示意性平面图；
图17是包括根据实施例的半导体装置的图像传感器的示意性平面图；
图18示出了沿着图17的线B-B’截取的剖视图；
图19是包括根据实施例的半导体装置的半导体存储器装置的框图；以及
图20是包括根据实施例的半导体装置的半导体存储器装置的剖视图。
具体实施方式
本文描述的实施例都是示例实施例，因此，本发明构思不限于此，并且可以以各种其他形式实现。以下描述中提供的每个实施例不排除与同样由本文提供或本文未提供但是与本发明构思一致的另一示例或另一实施例的一个或多个特征相关联。例如，即使在特定示例中描述的事项没有在其不同示例中描述，除非在其描述中另有提及，否则这些事项可以理解为与不同示例相关或与不同示例结合。此外，应当理解，对本发明构思的原理、方面、示例和具体实施例的所有描述旨在包括其结构等效物和功能等效物。
下文中，将参照附图详细描述根据实施例的半导体装置及其制造方法。
图1是示出根据实施例的半导体装置的一部分的平面图。图2是沿着图1的线I-I’、线II-II’和线III-III’截取的剖视图。
参照图1和图2，限定有源区ACT的器件隔离层101可以设置在半导体衬底100中。
半导体衬底100可以由具有半导体特性的材料(例如，硅晶圆)、绝缘材料(例如，玻璃)、被绝缘材料覆盖的半导体或导体中的一种形成。半导体衬底100可为硅衬底、锗衬底、绝缘体上硅(SOI)衬底或者绝缘体上锗(GOI)衬底。例如，半导体衬底100可为具有第一导电类型的硅晶圆。
半导体衬底100可包括n型或p型阱杂质层(未示出)，器件隔离层101可以设置在阱杂质层中。器件隔离层101可以由绝缘材料形成。器件隔离层101也可被称作浅沟槽隔离(STI)层。
有源区ACT可具有在第一方向D1上的纵向轴和在第二方向D2上的横向轴。有源区ACT可包括在第二方向D2上各自具有第一宽度W1的第一部分A1和在第二方向D2上具有大于第一宽度W1的第二宽度W2的第二部分A2。第一部分A1可在第一方向D1上彼此间隔开，第二部分A2可以设置在第一部分A1之间。
器件隔离层101可具有第一侧壁SW1和在第二方向D2上与第一侧壁SW1相对的第二侧壁SW2。在有源区ACT的第一部分A1中的每一个中器件隔离层101的第一侧壁SW1和第二侧壁SW2之间的距离可以小于在有源区ACT的第二部分A2中器件隔离层101的第一侧壁SW1和第二侧壁SW2之间的距离。有源区ACT的第一宽度W1或第二宽度W2可以对应于器件隔离层101的第一侧壁SW1与第二侧壁SW2之间的距离。
有源区ACT的第一部分A1中的器件隔离层101的第一侧壁SW1可以与有源区ACT的第二部分A2中的器件隔离层101的第一侧壁SW1对齐。第一部分A1中的器件隔离层101的第二侧壁SW2可相对于第二部分A2中的器件隔离层的第二侧壁SW2偏移。器件隔离层101的第一侧壁SW1和第二侧壁SW2可彼此不对称。也就是说，有源区ACT可具有不对称形状。
栅电极GE和硬掩模图案MP可按次序堆叠在半导体衬底100的有源区ACT上。栅电极GE可以与有源区ACT的第二部分A2交叉地延伸。
例如，栅电极GE可包括掺杂的多晶硅、金属、导电金属氮化物、导电金属硅化物、导电金属氧化物或其组合。栅电极GE可为掺杂的多晶硅、Al、Cu、Ti、Ta、Ru、W、Mo、Pt、Ni、Co、TiN、TaN、WN、NbN、TiAl、TiAlN、TiSi、TiSiN、TaSi、TaSiN、RuTiN、NiSi、CoSi、IrOx、RuOx或其组合，但是不限于此。栅电极GE可包括上述材料的单层或多层。例如，栅电极GE可包括掺杂的多晶硅图案、金属硅化物图案和/或金属图案。
硬掩模图案MP可包括氮化硅膜或者氧氮化硅膜。在一些实施例中，可以省略硬掩模图案MP。
栅极绝缘图案GIL可设置在栅电极GE与半导体衬底100之间。栅极绝缘图案GIL可以与栅电极GE重叠。
栅极绝缘图案GIL可包括：第一边缘部分P1和第二边缘部分P2，它们彼此面对并且邻近于器件隔离层101；以及中心部分P3，其位于第一边缘部分P1与第二边缘部分P2之间。栅极绝缘图案GIL的第一边缘部分P1可具有第一厚度，栅极绝缘图案GIL的第二边缘部分P2和中心部分P3可具有小于第一厚度的第二厚度。
栅极绝缘图案GIL可以由氧化硅层、氧氮化硅层、介电常数比氧化硅层的介电常数更高的高电介质膜或其组合形成。高电介质膜可以由金属氧化物或金属氧氮化物形成。例如，可用作栅极绝缘图案GIL的高电介质层可以由HfO2、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO、ZrO2、Al2O3或其组合形成，但是不限于此。
第一杂质区SR和第二杂质区DR可以在栅电极GE的两侧设置在有源区ACT中。第一杂质区SR和第二杂质区DR可包括在第一导电类型的半导体衬底100中掺杂的第二导电类型的杂质。
第一杂质区SR和第二杂质区DR可在有源区ACT中在第一方向D1上彼此间隔开，沟道区可以在第一方向D1上设置在第一杂质区SR与第二杂质区DR之间。
根据实施例，沟道区(即，有源区ACT的第二部分A2)可包括邻近于器件隔离层101的第一侧壁SW1的第一边缘区E1、邻近于器件隔离层101的第二侧壁SW2的第二边缘区E2、和第一边缘区E1与第二边缘区E2之间的有效沟道区CH。这里，第一边缘区E1可以与栅极绝缘图案GIL的第一边缘部分P1重叠，第二边缘区E2可以与第二边缘部分P2重叠。有效沟道区CH可以与栅极绝缘图案GIL的中心部分P3重叠。
第一边缘区E1和有效沟道区CH可以在第一方向D1上设置在第一杂质区SR和第二杂质区DR之间，第二边缘区E2可以在第一方向D1上设置在器件隔离层101的一些部分之间。
根据实施例，当晶体管工作时，在与器件隔离层101的第一侧壁SW1和第二侧壁SW2间隔开的情况下，载流子可以从源极(第一杂质区SR)流至漏极(第二杂质区DR)。也就是说，当晶体管工作时，电流可以流动通过对应于沟道区的中心部分的有效沟道区CH。因此，当晶体管工作时，在载流子从源极(第一杂质区SR)通过邻近于器件隔离层101的区流至漏极(第二杂质区DR)时，可以防止或减少载流子困在有源区ACT与器件隔离层101之间的界面处的情况。应该注意，这种改进的电流的效果可以由于有源区ACT的不对称形状和栅极绝缘图案GIL的第一边缘部分P1、第二边缘部分P2和中心部分P3之间的厚度差得到实现。
图3A、图3B和图3C是示出根据实施例的半导体装置的一些部分的平面图。图4A、图4B和图4C分别是沿着图3A、图3B和图3C的线I-I’、线II-II’和线III-III’截取的剖视图。
参照图3A和图4A，限定有源区ACT的器件隔离层101可设置在半导体衬底100上。器件隔离层101可具有在第二方向D2上彼此面对的第一侧壁SW1和第二侧壁SW2。
有源区ACT可具有在第一方向D1上的纵向轴和在第二方向D2上的横向轴。在示例中，有源区ACT可具有在第二方向D2上具备基本均匀的宽度的条形。
栅电极GE可以设置在半导体衬底100上，与有源区ACT交叉，并且第一杂质区SR和第二杂质区DR可设置在有源区ACT中的栅电极GE的两侧。
栅电极GE可包括在第一方向D1上具有第一栅极长度GL1的第一部分和在第一方向D1上具有第二栅极长度GL2的第二部分，第二栅极长度GL2可大于第一栅极长度GL1。在平面图中，栅电极GE的第二部分可以朝着第一杂质区SR突出。
栅极绝缘图案GIL可介于栅电极GE与半导体衬底100之间，并且如上参照图1和图2所述，其可包括具有第一厚度的第一边缘部分P1、具有小于第一厚度的第二厚度的第二边缘部分P2、和第一边缘部分P1与第二边缘部分P2之间的中心部分P3。
沟道区可以设置在第一杂质区SR与第二杂质区DR之间的有源区ACT中。如上所述，沟道区可包括邻近于器件隔离层101的第一侧壁SW1的第一边缘区E1、邻近于器件隔离层101的第二侧壁SW2的第二边缘区E2、和第一边缘区E1与第二边缘区E2之间的有效沟道区CH。沟道区的第一边缘区E1可以与栅极绝缘图案GIL的第一边缘部分P1重叠。沟道区的第二边缘区E2可以与栅电极GE的第二边缘部分P2重叠。
位于第二边缘区E2的两侧的第一杂质区SR与第二杂质区DR之间的距离可大于位于有效沟道区CH的两侧的第一杂质区SR与第二杂质区DR之间的距离。也就是说，在第一方向D1上，栅极绝缘图案GIL的第二边缘部分P2的长度可以比第一边缘部分P1的长度更长。另外，在第二边缘区E2的两侧上，在第一方向D1上，第一杂质区SR的长度和第二杂质区DR的长度可不同。换句话说，栅极长度在第二边缘区E2中比在有效沟道区CH中更大。
在设有薄栅极绝缘图案GIL的第二边缘区E2中，沟道长度可以比有效沟道区CH的长度更长。因此，当晶体管工作时，载流子可以从源极通过有效沟道区CH而非第二边缘区E2流至漏极，从而实现改进的电流。
参照图3B和图4B，如上所述，在第一方向D1上，栅电极GE可包括具有第一栅极长度GL1的第一部分和具有第二栅极长度GL2的第二部分，在平面图中，栅电极GE的第二部分可以朝着第二杂质区DR突出。
也就是说，在第二边缘区E2的两侧上，在第一方向D1上，第一杂质区SR的长度可大于第二杂质区DR的长度。另外，第二杂质区DR的长度在邻近于第二边缘区E2(在其右侧)的区可以比在邻近于有效沟道区CH(在其右侧)的区上更小。
参照图3C和图4C，如上所述，在第一方向D1上，栅电极GE可包括具有第一栅极长度GL1的第一部分和具有第二栅极长度GL2的第二部分，在平面图中，栅电极GE的第二部分可以朝着第一杂质区SR和第二杂质区DR突出。
第一杂质区SR的长度在邻近于第二边缘区E2(在其左侧)的区上可以比在邻近于有效沟道区CH(在其左侧)的区上更小。另外，第二杂质区DR的长度在邻近于第二边缘区E2(在其右侧)的区可以比在邻近于有效沟道区CH(在其右侧)的区上更小。
这里，再次注意，以上栅极绝缘图案GIL中的厚度差以及栅极长度差的实施例可以通过远离有源区ACT与器件隔离层101的界面的有效沟道区CH实现晶体管中的改进的电流。
图5是示出根据实施例的半导体装置的一部分的平面图。图6是沿着图5的线I-I’、线II-II’和线III-III’截取的剖视图。
参照图5和图6，限定有源区ACT的器件隔离层101可以设置在半导体衬底100上。器件隔离层101可具有在第二方向D2上彼此面对的第一侧壁SW1和第二侧壁SW2。
有源区ACT可具有在第一方向D1上的纵向轴和在第二方向D2上的横向轴。在示例中，有源区ACT可具有在第二方向D2上具备基本均匀的宽度的条形。
栅电极GE可以设置在半导体衬底100上，与有源区ACT交叉，并且栅极绝缘图案GIL可介于栅电极GE与半导体衬底100之间。如上参照图1和图2所述，栅极绝缘图案GIL包括具有第一厚度的第一边缘部分P1、具有小于第一厚度的第二厚度的第二边缘部分P2、和第一边缘部分P1与第二边缘部分P2之间的中心部分P3。
沟道区可以设置在第一杂质区SR与第二杂质区DR之间的有源区ACT中。根据实施例，沟道区可包括邻近于器件隔离层101的第一侧壁SW1的第一边缘区E1、邻近于器件隔离层101的第二侧壁SW2的第二边缘区E2、和第一边缘区E1与第二边缘区E2之间的有效沟道区CH。沟道区的第一边缘区E1可以与栅极绝缘图案GIL的第一边缘部分P1重叠。沟道区的第二边缘区E2可以与栅极绝缘图案GIL的第二边缘部分P2重叠。
第一杂质区SR和第二杂质区DR中的每一个可包括第一掺杂区SR1、DR1和第二掺杂区SR2、DR2。
第一杂质区SR的第一掺杂区SR1可邻近于第一边缘区E1和有效沟道区CH(在其左侧)，第二杂质区DR的第一掺杂区DR1可邻近于第一边缘区E1和有效沟道区CH(在其右侧)。
第一杂质区SR的第二掺杂区SR2可邻近于第二边缘区E2(在其左侧)，第二杂质区DR的第二掺杂区DR2可邻近于第二边缘区E2(在其右侧)。也就是说，在第二方向D2上，第二掺杂区SR2和DR2的宽度可以小于第一掺杂区SR1和DR1的宽度。
根据实施例，第一掺杂区SR1、DR1和第二掺杂区SR2、DR2可包括相同导电类型的杂质。根据实施例，第二掺杂区SR2和DR2的杂质浓度可以低于第一掺杂区SR1和DR1的杂质浓度。根据实施例，第二掺杂区SR2和DR2可为未掺有杂质的未掺杂区。根据实施例，第一掺杂区SR1和DR1可包括第一导电类型的杂质，第二掺杂区SR2和DR2可包括与第一导电类型不同的第二导电类型的杂质。根据实施例，第一掺杂区SR1和DR1可包括n型杂质，第二掺杂区SR2和DR2可包括p型杂质。
根据图5和图6所示的实施例，当晶体管工作时，载流子可以从第一杂质区SR的第一掺杂区SR1通过有效沟道区CH流至第二杂质区DR的第一掺杂区DR1。
图7A至图7E是示出制造根据实施例的半导体装置的方法的平面图。图8A至图8E分别是沿着图7A至图7E的线I-I’、线II-II’和线III-III’截取的剖视图，示出了制造根据实施例的半导体装置的方法。
参照图7A和图8A，可在半导体衬底100中形成限定有源区ACT的器件隔离层101。
形成器件隔离层101的步骤可包括：通过图案化半导体衬底100形成沟槽；在沟槽中填充绝缘材料；以及对绝缘材料执行平面化工艺，以允许暴露出半导体衬底100的顶表面。
有源区ACT可具有彼此面对的第一侧壁SW1和第二侧壁SW2。如参照图1的描述，有源区ACT可包括具有第一宽度的第一部分和具有大于第一宽度的第二宽度的第二部分。可替换地，有源区ACT可在第二方向D2上具有均匀的宽度。
在形成器件隔离层101之后，可在半导体衬底100上形成具有第一厚度的第一栅极绝缘层OX1。
可通过执行热氧化工艺、原子层沉积工艺或化学气相沉积工艺来形成第一栅极绝缘层OX1。第一栅极绝缘层OX1可包括氧化硅层、氮化硅层、氧氮化硅层和高k电介质层。
参照图7B和图8B，可在第一栅极绝缘层OX1上形成硬掩模图案HM和光刻胶图案PR。
光刻胶图案PR可具有与有源区ACT的一部分重叠的开口。光刻胶图案PR可以覆盖器件隔离层101的第一侧壁SW1，并且可以暴露出器件隔离层101的第二部分的第二侧壁SW2。
可通过利用光刻胶图案PR作为蚀刻掩模按次序蚀刻硬掩模层和第一栅极绝缘层OX1，来形成暴露出半导体衬底100的开口OP。随着开口OP形成，第一栅极绝缘层OX1可以部分地保留在有源区ACT上。也就是说，第一栅极绝缘层OX1可以保留在器件隔离层101的第一侧壁SW1上。
根据实施例，随着半导体装置的集成度增大，光刻胶图案PR的开口OP的大小可减小，因此，开口OP可以与有源区ACT的第二部分的一部分重叠。
参照图7C和图8C，可在通过开口OP暴露的半导体衬底100上形成第二栅极绝缘层OX2。第二栅极绝缘层OX2可具有小于第一栅极绝缘层OX1的第一厚度的第二厚度。第二栅极绝缘层OX2可以与第一栅极绝缘层OX1由相同的绝缘材料形成。可以通过执行热氧化工艺、原子层沉积工艺或者化学气相沉积工艺形成第二栅极绝缘层OX2。
参照图7D和图8D，可在第一栅极绝缘层OX1和第二栅极绝缘层OX2上形成栅极导电层GCL。栅极导电层GCL可包括掺杂的多晶硅、金属、导电金属氮化物、导电金属硅化物、导电金属氧化物或其组合。
接着，可在栅极导电层GCL上形成与有源区ACT的第二部分交叉的硬掩模图案MP。硬掩模图案MP可包括氮化硅层或者氧氮化硅层。
参照图7E和图8E，可利用硬掩模图案MP作为蚀刻掩模各向异性地蚀刻栅极导电层GCL以及第一栅极绝缘层OX1和第二栅极绝缘层OX2，因此可以形成栅电极GE和栅极绝缘图案GIL。当形成栅电极GE时，可以蚀刻在栅电极GE的两侧上的第一栅极绝缘层OX1和第二栅极绝缘层OX2，以暴露出半导体衬底100。
如上所述形成的栅极绝缘图案GIL可包括具有第一厚度的第一边缘部分P1、具有小于第一厚度的第二厚度的第二边缘部分P2、以及中心部分P3。
在形成栅电极GE和栅极绝缘图案GIL之后，如图1和图2所示，可以形成在栅电极GE的两侧上的第一杂质区SR和第二杂质区DR。
下文中，将参照附图详细描述包括根据实施例的半导体装置的图像传感器。
图9是根据实施例的图像传感器的框图。
参照图9，图像传感器包括有源像素传感器阵列1、行解码器2、行驱动器3、列解码器4、时序发生器5、相关双采样器(CDS)6、模数转换器(ADC)7和I/O缓冲器8。
有源像素传感器阵列1可包括二维地排列的多个单元像素，并且将光信号转换为电信号。有源像素传感器阵列1可通过来自行驱动器的诸如像素选择信号、复位信号和电荷转移信号的多个驱动信号驱动。另外，转换的电信号可提供至相关双采样器6。
行驱动器3可以根据行解码器2解码的结果将用于驱动多个单元像素的多个驱动信号提供至有源像素传感器阵列1。当单元像素按照矩阵形式排列时，可以针对每行提供驱动信号。
时序发生器5可以将时序信号和控制信号提供至行解码器2和列解码器4。
相关双采样器(CDS)6可以接收、保持和采样有源像素传感器阵列1产生的电信号。相关双采样器6对由电信号所致的特定噪声电平和信号电平双采样，因此输出对应于噪声电平与信号电平之间的差的差电平。
模数转换器(ADC)7可以将对应于从相关双采样器6输出的差电平的模拟信号转换为数字信号并且输出该数字信号。
I/O缓冲器8锁存数字信号，锁存的信号根据列解码器4解码的结果将数字信号按次序输出至图像信号处理器(未示出)。
图10是根据实施例的图像传感器的有源像素传感器阵列的电路图。
参照图10，有源像素传感器阵列1可包括多个单元像素P，并且单元像素P可按照矩阵形式在行方向和列方向上排列。单元像素P可包括第一光电转换元件PD1和第二光电转换元件PD2、转移晶体管TX1和TX2和逻辑晶体管RX、SX和SF。这里，逻辑晶体管可包括复位晶体管RX、选择晶体管SX和源极跟随器晶体管SF。第一转移晶体管TX1和第二转移晶体管TX2、复位晶体管RX和选择晶体管SX的栅电极可分别连接至驱动信号线TG1、TG2、RG和SG。
第一转移晶体管TX1可包括第一转移栅电极TG1和第一光电转换元件PD1，第二转移晶体管TX2可包括第二转移栅电极TG2和第二光电转换元件PD2。另外，第一转移晶体管TX1和第二转移晶体管TX2可以共享电荷检测节点FD(即，浮置扩散区)。
第一光电转换元件PD1和第二光电转换元件PD2可以与从外部入射的光的量成比例地产生和积累光电荷。第一光电转换元件PD1和第二光电转换元件PD2可与光电二极管、光电晶体管、光电门、钉扎光电二极管(PPD)及其组合一起使用。
第一转移栅电极TG1和第二转移栅电极TG2可以将积累在第一光电转换元件PD1和第二光电转换元件PD2中的电荷转移至电荷检测节点FD(即，浮置扩散区)。第一转移栅电极TG1和第二转移栅电极TG2可以接收彼此互补的信号。也就是说，电荷可从第一光电转换元件PD1和第二光电转换元件PD2之一转移至电荷检测节点FD。
电荷检测节点FD可以接收并且累积地存储通过第一光电转换元件PD1和第二光电转换元件PD2产生的电荷。可根据累积在电荷检测节点FD中的光电荷的量控制源极跟随器晶体管SF。
复位晶体管RX可以定期复位在电荷检测节点FD中累积的电荷。详细地说，复位晶体管RX的漏电极连接至电荷检测节点FD，复位晶体管RX的源电极连接至电源电压VDD。当复位晶体管RX导通时，连接至复位晶体管RX的源电极的电源电压VDD转移至电荷检测节点FD。因此，当复位晶体管RX导通时，累积在电荷检测节点FD中的电荷可泄放，因此可以复位电荷检测节点FD。
源极跟随器晶体管SF可以放大电荷检测节点FD中的电位变化，并且可以将放大的信号或像素信号通过选择晶体管SX输出至输出线Vout。源极跟随器晶体管SF可为源极跟随器缓冲器放大器，其产生与输入至栅电极的光电荷的量成比例的源极-漏极电流。源极跟随器晶体管SF的栅电极可连接至电荷检测节点FD，源极跟随器晶体管SF的漏极可连接至电源电压VDD，并且源极跟随器晶体管SF的源极可连接至选择晶体管SX的漏极。
选择晶体管SX可以选择以行为单位读取的单元像素P。当选择晶体管SX导通时，连接至源极跟随器晶体管SF的漏电极的电源电压VDD可转移至选择晶体管SX的漏电极。
在图10中，将单元像素P中的每一个描述为包括两个光电转换元件PD1和PD2，但是本发明构思不限于此，每个单元像素可具有四个光电转换元件。
图11是包括根据实施例的半导体装置的图像传感器的示意性平面图。图12是沿着图11的线A-A’截取的剖视图。
参照图11和图12，根据实施例的图像传感器可包括光电转换层10、读出电路层20和光透射层30。竖直地看，光电转换层10可设置在读出电路层20与光透射层30之间。
光电转换层10可包括半导体衬底100、限定第一像素区PR1和第二像素区PR2的像素隔离结构PIS、和设置在第一像素区PR1和第二像素区PR2中的光电转换区110。外部入射的光可以在光电转换区110中转换为电信号。
读出电路层20可以设置在半导体衬底100的第一表面100a上。读出电路层20可包括连接至光电转换层10的读出电路(例如，MOS晶体管)。通过光电转换层10转换的电信号可通过读出电路层20进行信号处理。
光透射层30可以设置在半导体衬底100的第二表面100b上。光透射层30可包括平面化绝缘层310、网格结构320、保护层330、滤色器340、微透镜350和钝化层360。
详细地说，半导体衬底100可具有彼此相对的第一表面100a(或者正面)和第二表面100b(或者背面)。半导体衬底100可为形成在块硅衬底上的外延层，块硅衬底与该外延层具有相同的第一导电类型(例如，p型)，或者可为在图像传感器的制造过程中去除了块硅衬底的p型外延层。可替换地，半导体衬底100可为包括第一导电类型的阱的块半导体衬底100。
半导体衬底100可具有从第一表面100a延伸至第二表面100b的像素隔离结构PIS。像素隔离结构PIS可以限定第一像素区PR1和第二像素区PR2。这里，像素隔离结构PIS可包括在第一方向D1上彼此平行地延伸的第一部分和与第一部分交叉地在第二方向D2上彼此平行地延伸的第二部分。在平面图中，像素隔离结构PIS可以包围第一像素区PR1和第二像素区PR2中的每一个。多个第一像素区PR1可在第一方向D1上排列，多个第二像素区PR2可在第一方向D1上排列。另外，第一像素区PR1和第二像素区PR2可在第二方向D2上交替地排列。
像素隔离结构PIS在半导体衬底100的第一表面100a上可具有上部宽度，并且在其底表面上可具有下部宽度。下部宽度可小于或基本等于上部宽度。像素隔离结构PIS的宽度可以从半导体衬底100的第一表面100a至第二表面100b逐渐减小。
像素隔离结构PIS可包括衬垫绝缘图案103、半导体图案105和封盖图案107。半导体图案105可以竖直地穿过半导体衬底100的一部分，衬垫绝缘图案103可以设置在半导体图案105与半导体衬底100之间。封盖图案107可以设置在半导体图案105上，并且可具有与器件隔离层101的上表面位于基本相同水平高度的上表面。衬垫绝缘图案103和封盖图案107可包括氧化硅层、氧氮化硅层和氮化硅层中的至少一个。半导体图案105可包括未掺杂的多晶硅层或掺有杂质的多晶硅层。此外，半导体图案105可包括空气间隙或空隙。
光电转换区110可以设置在第一像素区PR1和第二像素区PR2中的每一个的半导体衬底100中。光电转换区110可以产生与入射光的强度成比例的光电荷。可通过将具有与半导体衬底100的导电类型相反的第二导电类型的杂质注入半导体衬底100中来形成光电转换区110。可以通过第一导电类型的半导体衬底100与第二导电类型的光电转换区110之间的结形成光电二极管。
在第一像素区PR1和第二像素区PR2中的每一个中，器件隔离层101可以在半导体衬底100的第一表面100a上限定第一有源区ACT1和第二有源区ACT2。第一有源区ACT1和第二有源区ACT2可设为在第一像素区PR1和第二像素区PR2中彼此间隔开，并且可具有不同大小。
在第一像素区PR1中，器件隔离层101的在第二方向D2上彼此面对的第一侧壁和第二侧壁可彼此对称。在第二像素区PR2中，器件隔离层101的第一侧壁和第二侧壁可彼此不对称。
根据实施例，第一像素区PR1的第二有源区ACT2可与第二像素区PR2的第二有源区ACT2具有不同形状。第一像素区PR1的第二有源区ACT2可具有在第一方向D1上的长轴，并且可具有宽度均匀的条形。第二像素区PR2的第二有源区ACT2可与以上参照图1和图2描述的有源区ACT具有基本相同的特性。也就是说，第二像素区PR2的第二有源区ACT2可包括：第一部分，其在第一方向D1上彼此间隔开并且在第二方向D2上具有第一宽度；以及第二部分，其在第一部分之间并且在第二方向D2上具有第二宽度。
可以在第一像素区PR1和第二像素区PR2中的每一个的第一有源区ACT1上设置转移栅电极TG。从平面图看，各个转移栅电极TG可以设置在第一像素区PR1和第二像素区PR2中的每一个的中心部分上。每个转移栅电极TG可包括***半导体衬底100中的下部分和连接至下部分并且突出至半导体衬底100的第一表面100a上方的上部分。每个转移栅电极TG的下部分可以穿过半导体衬底100的一部分。每个转移栅电极TG的底表面可位于比半导体衬底100的第一表面100a更低的水平高度。第一栅极绝缘图案GIL1可介于每个转移栅电极TG与半导体衬底100之间。
可以在每个转移栅电极TG的一侧在第一有源区ACT1中设置浮置扩散区FD。浮置扩散区FD可为导电类型与半导体衬底100的导电类型相反的杂质区。
根据实施例，复位栅电极RG和选择栅电极SG可以设置在第一像素区PR1的第二有源区ACT2上，源极跟随器栅电极SFG可以设置在第二像素区PR2的第二有源区ACT2上。
第二栅极绝缘图案GIL2可以设置在复位栅电极RG和选择栅电极SG与半导体衬底100之间，第三栅极绝缘图案GIL3可以设置在源极跟随器栅电极SFG与半导体衬底100之间。
第三栅极绝缘图案GIL3可与以上参照图1和图2描述的栅极绝缘图案GIL具有基本相同的特性。也就是说，第三栅极绝缘图案GIL3具有邻近于器件隔离层101的第一侧壁的第一厚度的第一边缘部分P1、邻近于器件隔离层101的第二侧壁并且具有小于第一厚度的第二厚度的第二边缘部分P2、以及第一边缘部分与第二边缘部分之间的中心部分P3。
源极/漏极杂质区可以在复位栅电极RG、选择栅电极SG和源极跟随器栅电极SFG的两侧上设置在第二有源区ACT2中。接触插塞可连接至源极/漏极杂质区。
源极跟随器栅电极SFG下方的沟道区可包括第一边缘区和第二边缘区以及它们之间的有效沟道区，如上参照图1和图2所述。第一边缘区和有效沟道区可以设置在源极/漏极杂质区之间。
层间绝缘层210可堆叠在半导体衬底100的第一表面100a上，层间绝缘层210可以覆盖构成读出电路的MOS晶体管和转移栅电极TG。例如，层间绝缘层210可包括氧化硅、氮化硅和/或氧氮化硅。
连接至读出电路的互连部分结构221可设置在层间绝缘层210中。互连部分结构221可包括不同水平高度的金属线和连接所述金属线的接触插塞。
平面化绝缘层310可以覆盖半导体衬底100的第二表面100b。平面化绝缘层310可以由透明绝缘材料形成，并且可包括多个层。平面化绝缘层310可以由与半导体衬底100具有不同折射率的绝缘材料形成。平面化绝缘层310可包括金属氧化物和/或氧化硅。
网格结构320可以设置在平面化绝缘层310上。与像素隔离结构PIS相似，在平面图中，网格结构320可具有网格形状。在平面图中，网格结构320可以与像素隔离结构PIS重叠。也就是说，网格结构320可包括在第一方向D1上延伸的第一部分和与第一部分交叉地在第二方向D2上延伸的第二部分。网格结构320的宽度可基本上与像素隔离结构PIS的最小宽度相同或小于像素隔离结构PIS的最小宽度。
网格结构320可包括导电图案和/或低折射图案。例如，光阻挡图案可包括诸如钛、钽或钨的金属材料。低折射图案可以由折射率低于光阻挡图案的折射率的材料形成。低折射图案可以由有机材料形成并且可具有约1.1至1.3的折射率。例如，网格结构可为含二氧化硅纳米颗粒的聚合物层。
保护层330可以以基本均匀的厚度覆盖平面化绝缘层310上的网格结构320的表面。例如，保护层330可包括氧化铝层和碳化硅层中的至少一个的单层或多层。
滤色器340可形成为分别对应于第一像素区PR1和第二像素区PR2。滤色器340可以填充通过网格结构320限定的空间。根据单元像素，滤色器340可包括红色、绿色或蓝色滤色器，或者品红色、青色或黄色滤色器。
微透镜350可以设置在滤色器340上。微透镜350可具有凸形，并且可具有特定曲率半径。微透镜350可以光透射树脂由形成。
钝化层360可以共形地覆盖微透镜350的表面。钝化层360可由例如无机氧化物形成。
图13是包括根据实施例的半导体装置的图像传感器的示意性平面图。图14是沿着图13的线A-A’截取的剖视图。为便于描述，可以省略与先前参考图11和图12所描述的图像传感器的技术特征相同的技术特征的描述。
参照图13和图14，在第一像素区PR1和第二像素区PR2中的每一个中，器件隔离层101可以限定第一有源区ACT1和第二有源区ACT2。在第一像素区PR1中，器件隔离层101的第一侧壁和第二侧壁可彼此不对称。
在第一像素区PR1中，第二有源区ACT2可包括具有第一宽度的第一部分和具有大于第一宽度的第二宽度的第二部分。这里，第二部分中的每一个可以设置在第一部分之间。与这种情况不同地，第一像素区PR1中的第二有源区ACT2可包括一个第二部分。
复位栅电极RG和选择栅电极SG可以设置在第一像素区PR1的第二有源区ACT2上，并且复位栅电极RG和选择栅电极SG可以与第二有源区ACT2的第二部分中的每一个交叉。
第二栅极绝缘图案GIL2可以设置在复位栅电极RG和选择栅电极SG与半导体衬底100之间，第二栅极绝缘图案GIL2可具有与以上参照图1和图2描述的栅极绝缘图案GIL基本相同的特性。也就是说，第二栅极绝缘图案GIL2可包括具有第一厚度并且邻近于器件隔离层101的第一侧壁的第一边缘部分P1、邻近于器件隔离层101的第二侧壁并且具有小于第一厚度的第二厚度的第二边缘部分P2、以及第一边缘部分与第二边缘部分之间的中心部分P3。
图15和图16是包括根据实施例的半导体装置的图像传感器的示意性平面图。为便于描述，可省略对与参照图11和图12所描述的图像传感器的技术特征相同的技术特征的描述。
参照图15，在第一像素区PR1和第二像素区PR2中的每一个中，第二有源区ACT2可具有在第一方向D1上的长轴，并且可具有宽度均匀的条形。
可以在第二像素区PR2的第二有源区ACT2上设置源极跟随器栅电极SFG，并且如上参照图3A和图4A所述，源极跟随器栅电极SFG可包括具有第一栅极长度的第一部分和具有大于第一栅极长度的第二栅极长度的第二部分。这里，源极跟随器栅电极SFG的第二部分可以突出至源极/漏极杂质区之一上。
源极跟随器栅电极SFG可包括与参照图3B、图3C、图4B和图4C描述的相同特征。
第三栅极绝缘图案GIL3可以设置在源极跟随器栅电极SFG与半导体衬底100之间，第三栅极绝缘图案GIL3可包括具有彼此不同厚度的第一边缘部分和第二边缘部分，如上所述。
参照图16，在第一像素区PR1和第二像素区PR2中的每一个中，第二有源区ACT2可具有在第一方向D1上的纵向轴，并且可具有宽度均匀的条形。
可以在第二像素区PR2的第二有源区ACT2上设置源极跟随器栅电极SFG，并且源极/漏极杂质区和未掺杂区UDR可设置在源极跟随器栅电极SFG的两侧上。
在第二像素区PR2的第二有源区ACT2中设置的源极跟随器晶体管可与以上参照图5和图6描述的晶体管包括基本相同的特征。
图17是包括根据实施例的半导体装置的图像传感器的示意性平面图。图18示出了沿着图17的线B-B’截取的剖视图。
参照图17和图18，图像传感器可包括传感器芯片1和逻辑芯片2。传感器芯片1可包括像素阵列区R1和焊盘区R2。
像素阵列区R1可包括在彼此交叉的第一方向D1和第二方向D2上二维地排列的多个单元像素P。单元像素P中的每一个可包括光电转换元件和读元件。可输出从像素阵列区R1的单元像素P中的每一个中通过入射光产生的电信号。
像素阵列区R1可包括光接收部分AR和光阻挡部分OB。在平面图中，光阻挡部分OB可以包围光接收部分AR。也就是说，在平面图中，光阻挡部分OB可设置在光接收部分AR的上侧、下侧、左侧和右侧。光未入射于其上的参考像素可以设置在光阻挡部分OB中，并且基于参考像素中产生的参考电荷量比较光接收部分AR的单元像素感测到的电荷量，从而计算单元像素感测到的电信号的幅度。
用于输入/输出控制信号、光电信号等的多个导电焊盘CP可设置在焊盘区R2中。在平面图中，焊盘区R2可以包围像素阵列区R1，以便于与外部元件进行电气连接。导电焊盘CP可以向外部装置输入/输出从单元像素P产生的电信号。
如上所述，传感器芯片1可包括在竖直方向上位于读出电路层20与光透射层30之间的光电转换层10。
如上所述，传感器芯片1的光电转换层10可包括半导体衬底100、限定像素区PR的像素隔离结构PIS和设置在像素区PR中的光电转换区110。
在光接收部分AR中，传感器芯片1可与上述图像传感器包括相同技术特征。
在光阻挡部分OB中，像素隔离结构PIS的一部分可连接至接触焊盘CT。接触焊盘CT可在光阻挡部分OB中设置在半导体衬底100的第二表面100b上。接触焊盘CT可包括铝。
平面化绝缘层310可以从光接收部分AR延伸至光阻挡部分OB和焊盘区R2。在光阻挡部分OB中，光阻挡图案325可以设置在平面化绝缘层310上。光阻挡图案325可以阻挡光以免其进入设置在光阻挡部分OB中的光电转换区110。
在光阻挡部分OB中，第一穿通导电图案510可以穿过半导体衬底100，以电连接至读出电路层20的互连部分结构221和逻辑芯片2的布线结构1111。第一穿通导电图案510可具有位于不同水平高度的第一底表面和第二底表面。第一掩埋图案511可以设置在第一穿通导电图案510内。第一掩埋图案511可包括低折射材料并且可具有绝缘特性。
在焊盘区R2中，导电焊盘CP可设置在半导体衬底100的第二表面100b上。导电焊盘CP可包括诸如铝、铜、钨、钛、钽或其合金的金属。在图像传感器的安装过程中，接合线可接合至导电焊盘CP。导电焊盘CP可通过接合线电连接至外部装置。
在焊盘区R2中，像素隔离结构PIS可设置在导电焊盘CP周围。
在焊盘区R2中，第二穿通导电图案520可以穿过半导体衬底100，以电连接至逻辑芯片2的布线结构1111。第二穿通导电图案520可以在半导体衬底100的第二表面100b上延伸，以电连接至导电焊盘CP。第二穿通导电图案520的一部分可以覆盖导电焊盘CP的底表面和侧壁。第二掩埋图案521可以设置在第二穿通导电图案520内。第二掩埋图案521可包括低折射材料并且可具有绝缘特性。
可以在光阻挡部分OB和焊盘区R2上设置有机层355。有机层355可以覆盖光阻挡图案325、接触焊盘CT和导电焊盘CP。
逻辑芯片2可包括逻辑半导体衬底1000、逻辑电路TR、连接至逻辑电路的布线结构1111、以及逻辑层间绝缘层1100。逻辑层间绝缘层1100的最上层可接合至传感器芯片1的读出电路层20。逻辑芯片2可通过第一穿通导电图案510和第二穿通导电图案520电连接至传感器芯片1。
在一个示例中，已经描述了传感器芯片1和逻辑芯片2通过第一穿通导电图案和第二穿通导电图案彼此电连接，但是本发明构思不限于此。作为另一示例，设置在传感器芯片和逻辑芯片的最上面的金属层上的焊盘可以彼此接合，因此传感器芯片和逻辑芯片可以电连接。
下文中，将参照附图详细描述包括根据实施例的半导体装置的半导体存储器装置。
图19是包括根据实施例的半导体装置的半导体存储器装置的框图。
参照图19，半导体存储器装置可包括存储器单元阵列CAR、行解码器ROW DEC、读出放大器SA、列解码器COL DEC和控制逻辑COL。
存储器单元阵列CAR可包括二维或三维地排列的多个存储器单元MC。存储器单元MC中的每一个可连接在彼此交叉的字线WL与位线BL之间。
存储器单元MC中的每一个包括选择元件TR和数据存储元件DS，并且选择元件TR和数据存储元件DS可以串联方式电连接。数据存储元件DS可连接在位线BL与选择元件TR之间，并且选择元件TR可连接在数据存储元件DS与字线WL之间。选择元件TR可为场效应晶体管(FET)，数据存储元件DS可实施为电容器、磁性隧道结图案、可变电阻器等。作为示例，选择元件TR可包括晶体管，晶体管的栅电极连接至字线WL，并且晶体管的漏极/源极端子可分别连接至位线BL和数据存储元件DS。
行解码器ROW DEC可以解码外部输入的地址，并且可以选择存储器单元阵列CAR的字线WL中的任一条。通过行解码器ROW DEC解码的地址可提供至行驱动器(未示出)，并且行驱动器可以响应于控制电路的控制分别向选择的字线WL和未选择的字线WL提供特定电压。
读出放大器SA可以根据来自列解码器COL DEC的解码地址感测、放大和输出选择的位线BL与参考位线之间的电压差。
列解码器COL DEC可以在读出放大器SA与外部装置(例如，存储器控制器)之间提供数据传输路径。列解码器COL DEC可以解码外部输入的地址，并且可以选择位线BL中的任一条。
控制逻辑COL可以产生用于控制针对存储器单元阵列CAR写或读数据的操作的控制信号。
图20是包括根据实施例的半导体装置的半导体存储器装置的剖视图。
参照图20，半导体衬底100可包括单元阵列区CAR和单元阵列区CAR周围的***电路区PCR。
根据实施例，包括多个存储器单元(参见图19中的MC)的存储器单元阵列(参见图19中的CAR)设置在单元阵列区CAR的半导体衬底100上。存储器单元阵列CAR包括多个存储器单元MC和电连接至存储器单元MC的多条字线WL和位线BL。根据实施例，存储器单元MC中的每一个可包括数据存储元件DS。例如，数据存储元件DS可为电容器，其包括下电极、上电极和它们之间的电介质层。可替换地，数据存储元件DS可包括可通过施加的电脉冲在两种电阻状态之间切换的可变电阻元件。例如，可变电阻元件可包括晶体状态根据电流量改变的至少一种磁性材料或者相变材料。作为另一示例，数据存储元件可包括钙钛矿化合物或过渡金属氧化物。
包括行解码器和列解码器(参见图19中的ROW DEC和COL DEC)、读出放大器(参见图19中的SA)、控制逻辑(参见图19中的COL)等的***电路可以设置在***电路区PCR的半导体衬底100上。根据实施例，***电路可包括电连接至存储器单元阵列(参见图19中的CAR)的MOS晶体管、电阻器和电容器。
详细地说，限定单元有源区的器件隔离层101可形成在单元阵列区CAR的半导体衬底100上。这里，单元有源区可具有条形，并且单元有源区的长轴可以相对于字线WL和位线BL设置在对角线方向上。
字线WL可设置为与单元有源区交叉。在实施例中，字线WL可与栅极绝缘层一起形成在凹进区中，该凹进区从半导体衬底100的表面凹进，并且具有特定深度。另外，字线WL的上表面可位于比半导体衬底100的上表面的水平高度更低的水平高度，可以将绝缘材料填充在其中形成有字线WL的区中。
单元源极和漏极区SD可在字线WL的两侧上形成在单元有源区中。单元源极和漏极区SD可为掺有n型杂质或p型杂质的杂质区。按照这种方式，随着字线WL和单元源极和漏极区SD的形成，可在半导体衬底100上形成多个MOS晶体管。
位线BL可在单元阵列区CAR的半导体衬底100上设为与字线WL交叉。层间绝缘层可介于位线BL与半导体衬底100之间，位线接触插塞DC可以穿过层间绝缘层，以连接至单元源极区SD，从而允许位线BL电连接至单元源极区SD。
掩埋的接触插塞BC可分别连接至单元漏极区SD。此外，数据存储元件DS可以设置在掩埋的接触插塞BC中的每一个上。
限定***有源区的器件隔离层101可以设置在***电路区PCR的半导体衬底100上。
***晶体管可以设置在***有源区上。***晶体管可与参照图1至图6描述的晶体管包括基本相同的特征。
作为示例，可以在***有源区上设置栅电极GE，并且栅极绝缘图案GIL可介于栅电极GE与半导体衬底100之间。这里，如上所述，栅极绝缘图案GIL可包括邻近于器件隔离层101的第一侧壁的第一边缘部分P1和邻近于器件隔离层101的第二侧壁的第二边缘部分P2，并且第一边缘部分P1和第二边缘部分P2的厚度可彼此不同。
另外，与栅电极GE重叠的沟道区可包括第一边缘区E1、第二边缘区E2和有效沟道区CH。
根据实施例，载流子可以在晶体管工作过程中在与器件隔离层的第一侧壁和第二侧壁间隔开的状态下从源极流至漏极。也就是说，由于有源区的不对称形状和栅极绝缘图案中的厚度差，和/或由于栅极长度差和如上描述的栅极绝缘图案中的厚度差，电流可以更有效地流动通过与晶体管的沟道区的中心部分相对应的有效沟道区，同时电流的载流子不会困在有源区与器件隔离层或STI层的界面中。
因此，在图像传感器的每个像素区中设置的晶体管中，可以减小由于载流子被困在有源区与器件隔离层之间的界面导致的噪声。因此，可以改进图像传感器的电特性和光特性。
虽然参照图像传感器实施例描述了本发明构思，但是本发明构思的应用不限于图像传感器，并且各种不同的半导体装置可以从本公开中受益。
虽然已经参考本公开的实施例对本公开进行了描述，但对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离如所附权利要求所述的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行各种更改和修改。

Claims (20)

1.一种半导体装置，包括：
器件隔离层，其在半导体衬底上限定有源区；
栅电极，其与所述有源区交叉；
栅极绝缘图案，其在所述栅电极与所述半导体衬底之间；
第一杂质区，其在所述有源区中设置在所述栅电极的第一侧；以及
第二杂质区，其在所述有源区中设置在所述栅电极的第二侧，
其中，所述栅极绝缘图案包括邻近于所述器件隔离层的第一侧壁的第一边缘部分、邻近于所述器件隔离层的第二侧壁的第二边缘部分、以及所述第一边缘部分和所述第二边缘部分之间的中心部分，并且
其中，所述第一边缘部分具有第一厚度，所述第二边缘部分具有小于所述第一厚度的第二厚度。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述第一杂质区和所述第二杂质区在第一方向上彼此间隔开，并且
其中，所述栅极绝缘图案的所述第一边缘部分和所述第二边缘部分在垂直于所述第一方向的第二方向上彼此间隔开。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述有源区包括在第一方向上彼此间隔开的第一部分和所述第一部分之间的第二部分，
其中，所述有源区的所述第二部分包括邻近于所述器件隔离层的所述第一侧壁的第一边缘区、与所述第一边缘区相对并且邻近于所述器件隔离层的所述第二侧壁的第二边缘区、以及所述第一边缘区和所述第二边缘区之间的有效沟道区，并且
其中，所述栅极绝缘图案的所述第一边缘部分与所述第一边缘区重叠，并且所述栅极绝缘图案的所述第二边缘部分与所述第二边缘区重叠。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述栅极绝缘图案的所述中心部分具有等于所述第二厚度的第三厚度。
5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述有源区包括具有第一宽度的第一部分和所述第一部分之间的具有大于所述第一宽度的第二宽度的第二部分，
其中，所述第一杂质区和所述第二杂质区分别设置在所述有源区的所述第一部分中，并且
其中，所述栅电极与所述有源区的所述第二部分交叉。
6.根据权利要求5所述的半导体装置，其中，所述有源区的所述第二部分包括邻近于所述器件隔离层的所述第一侧壁的第一边缘区、与所述第一边缘区相对并且邻近于所述器件隔离层的所述第二侧壁的第二边缘区、以及所述第一边缘区与所述第二边缘区之间的有效沟道区，
其中，所述第一边缘区和所述有效沟道区在第一方向上设置在所述第一杂质区与所述第二杂质区之间，并且
其中，所述第二边缘区在所述第一方向上设置在所述器件隔离层的部分之间。
7.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述栅电极包括具有第一长度的第一部分和具有大于所述第一长度的第二长度的第二部分，并且
其中，所述栅电极的所述第二部分突出至所述第一杂质区和所述第二杂质区中的至少一个。
8.根据权利要求7所述的半导体装置，其中，所述栅电极的所述第一部分设置在所述栅极绝缘图案的所述第一边缘部分上，所述栅电极的所述第二部分设置在所述栅极绝缘图案的所述第二边缘部分上。
9.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述有源区包括与所述栅电极重叠的沟道区，
其中，所述沟道区包括邻近于所述器件隔离层的所述第一侧壁的第一边缘区、邻近于所述器件隔离层的所述第二侧壁的第二边缘区、以及所述第一边缘区与所述第二边缘区之间的有效沟道区，
其中，所述栅极绝缘图案的所述第一边缘部分与所述第一边缘区重叠，所述栅极绝缘图案的所述第二边缘部分与所述第二边缘区重叠，并且
其中，所述第二边缘区的长度比所述第一边缘区的长度更长。
10.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述有源区包括在所述栅电极的两侧的未掺杂区，
其中，所述栅极绝缘图案的所述第一边缘部分和所述中心部分设置在所述第一杂质区与所述第二杂质区之间，并且
其中，所述栅极绝缘图案的所述第二边缘部分设置在所述未掺杂区之间。
11.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述第一杂质区和所述第二杂质区在第一方向上彼此间隔开，
其中，所述第一杂质区和所述第二杂质区中的每一个包括在垂直于所述第一方向的第二方向上彼此邻近的第一掺杂区和第二掺杂区，并且
其中，所述第一掺杂区在所述第二方向上的宽度与所述第二掺杂区在所述第二方向上的宽度不同。
12.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述第一杂质区和所述第二杂质区在第一方向上彼此间隔开，
其中，所述第一杂质区和所述第二杂质区中的每一个包括在垂直于所述第一方向的第二方向上彼此邻近的第一掺杂区和第二掺杂区，并且
其中，所述第一掺杂区的杂质浓度与所述第二掺杂区的杂质浓度不同。
13.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述第一杂质区和所述第二杂质区在第一方向上彼此间隔开，
其中，所述第一杂质区和所述第二杂质区中的每一个包括在垂直于所述第一方向的第二方向上彼此邻近的第一掺杂区和第二掺杂区，并且
其中，所述第一掺杂区包括第一导电类型的杂质，所述第二掺杂区包括与所述第一导电类型不同的第二导电类型的杂质。
14.一种图像传感器，包括：
第一导电类型的半导体衬底；
像素隔离结构，其设置在所述半导体衬底中以限定像素区；
器件隔离层，其设置在所述像素区的所述半导体衬底中以限定有源区；
光电转换区，其设置在所述像素区中，并且包括第二导电类型的杂质；
浮置扩散区，其与所述光电转换区间隔开，并且设置在所述像素区中；
转移栅电极，其在所述光电转换区与所述浮置扩散区之间；以及
晶体管，其连接至所述浮置扩散区，
其中，所述晶体管中的至少一个包括：
栅电极，其设置在所述有源区上；
栅极绝缘图案，其在所述栅电极与所述有源区之间；以及
第一杂质区和第二杂质区，其设置在所述有源区中，位于所述栅电极的两侧，
其中，所述栅极绝缘图案包括彼此相对并且邻近于所述器件隔离层的第一边缘部分和第二边缘部分以及在所述第一边缘部分和所述第二边缘部分之间的中心部分，并且
其中，所述第一边缘部分具有第一厚度，所述第二边缘部分具有小于所述第一厚度的第二厚度。
15.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述有源区包括第一部分和所述第一部分之间的第二部分，
其中，所述第一部分中的每一个具有第一宽度，所述第二部分具有大于所述第一宽度的第二宽度，
其中，所述第一杂质区和所述第二杂质区设置在所述有源区的所述第一部分中，并且
其中，所述栅电极与所述有源区的所述第二部分交叉。
16.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述栅极绝缘图案的所述第一边缘部分和所述中心部分在第一方向上设置在所述第一杂质区和所述第二杂质区之间，并且
其中，所述栅极绝缘图案的所述第二边缘部分在所述第一方向上设置在所述器件隔离层的部分之间。
17.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述栅电极包括具有第一长度的第一部分和具有大于所述第一长度的第二长度的第二部分，并且
其中，所述栅电极的所述第二部分突出至所述第一杂质区和所述第二杂质区中的至少一个。
18.根据权利要求17所述的图像传感器，其中，在所述栅极绝缘图案中，所述第二边缘部分的长度大于所述第一边缘部分的长度。
19.一种图像传感器，包括：
第一导电类型的半导体衬底，其具有彼此面对的第一表面和第二表面；
像素隔离结构，其设置在所述半导体衬底中，以限定第一像素区和第二像素区；
第二导电类型的光电转换区，其分别提供至所述第一像素区和所述第二像素区；
转移栅电极，其在所述第一像素区和所述第二像素区中的每一个中设置在所述半导体衬底的所述第一表面上；
第一器件隔离层，其在所述第一像素区中在所述半导体衬底的所述第一表面上限定第一有源区；
源极跟随器栅电极，其设置在所述第一有源区上；
第一栅极绝缘图案，其在所述源极跟随器栅电极与所述第一有源区之间；
互连部分，其在所述半导体衬底的所述第一表面上电连接至所述光电转换区；
滤色器，其在所述半导体衬底的所述第二表面上对应于所述第一像素区和所述第二像素区；以及
所述滤色器上的微透镜，
其中，所述第一有源区包括与所述源极跟随器栅电极重叠的沟道区，并且所述沟道区包括邻近于所述第一器件隔离层的第一侧壁的第一边缘区、邻近于所述第一器件隔离层的第二侧壁的第二边缘区、以及所述第一边缘区与所述第二边缘区之间的有效沟道区，并且
其中，所述第一栅极绝缘图案包括具有第一厚度并且与所述第一边缘区重叠的第一边缘部分、以及具有小于所述第一厚度的第二厚度并且与所述第二边缘区重叠的第二边缘部分。
20.根据权利要求19所述的图像传感器，还包括：
第二器件隔离层，其在所述第二像素区中在所述半导体衬底的所述第一表面上限定第二有源区；
复位栅电极和选择栅电极，其在所述第二有源区上彼此间隔开；
第二栅极绝缘图案，其在所述复位栅电极与所述第二有源区之间；以及
第三栅极绝缘图案，其在所述选择栅电极与所述第二有源区之间，
其中，所述第二栅极绝缘图案和所述第三栅极绝缘图案中的至少一个包括邻近于所述第二器件隔离层并且彼此面对的边缘部分，并且所述边缘部分具有不同的厚度。
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