專利名稱：顏色最佳化圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
所公開的主題總地涉及用于制造固態(tài)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)以及方法。2.背景信息攝影設(shè)備(例如，數(shù)字相機(jī)以及數(shù)字?jǐn)z錄像機(jī))可以包含電子圖像傳感器，所述電子圖像傳感器捕捉光以供處理成靜止圖像或視頻圖像。電子圖像傳感器通常包含數(shù)百萬個(gè)光捕捉元件，例如，光電二極管。固態(tài)圖像傳感器可為電荷耦合器件(CCD)類型或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS) 類型中的任一者。在任一類型的圖像傳感器中，光傳感器被形成在一襯底中并且被排列成二維陣列。圖像傳感器通常包含數(shù)百萬個(gè)像素以提供高分辨率圖像。圖1示出現(xiàn)有技術(shù)固態(tài)圖像傳感器1的剖面圖，所述剖面圖示出CMOS型傳感器中的鄰近像素，此圖是從美國專利第7，119，319號(hào)復(fù)制的。每一像素具有一光電轉(zhuǎn)換單元2。 每一轉(zhuǎn)換單元2鄰近于傳輸電極3而定位，傳輸電極3將電荷傳輸至浮動(dòng)擴(kuò)散單元(未示出)。所述結(jié)構(gòu)包括埋置在絕緣層5中的連線4。所述傳感器通常包括位于彩色濾光器8之下的平坦化層6，以抵消因所述連線4導(dǎo)致的頂部表面不平整，因?yàn)槠教贡砻鎸?duì)通過光刻法來形成常規(guī)的彩色濾光器而言是必要的。第二平坦化層10被提供在所述彩色濾光器8之上，以提供用于形成微透鏡9的平坦表面。平坦化層6和10加上彩色濾光器8的總厚度大約為 2. Ομ 。多個(gè)光導(dǎo)7被集成至傳感器中以將光引導(dǎo)至多個(gè)轉(zhuǎn)換單元2上。所述光導(dǎo)7是由折射率高于絕緣層5的例如氮化硅的材料形成。每一光導(dǎo)7具有寬于鄰近于轉(zhuǎn)換單元2的區(qū)域的入口。傳感器1還可具有彩色濾光器8和微透鏡9。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種圖像傳感器，所述圖像傳感器由第一導(dǎo)電類型的襯底支撐，所述圖像傳感器包括被配置來檢測(cè)藍(lán)光的第一像素以及一第二像素，其中所述第二像素包括(a)光檢測(cè)器，所述光檢測(cè)器包括在所述襯底中的第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)， (b)所述第一導(dǎo)電類型的第一區(qū)，所述第一區(qū)在垂直方向位于所述第二區(qū)之上并且位于所述襯底的頂部界面之下，(c)第一晶體管的第一漏極，所述第一漏極毗鄰所述第一區(qū)，(d) 所述第一晶體管的第一柵極，所述第一柵極在垂直方向位于所述第一和第二區(qū)之上，(e)第一彩色濾光器，所述第一彩色濾光器為紅色濾光器或綠色濾光器，或黃色濾光器，以及(f) 第一光導(dǎo)，所述第一光導(dǎo)被配置來使光從所述第一彩色濾光器經(jīng)由所述第一柵極以及所述第一區(qū)傳送至所述第二區(qū)。更特定而言，所述第一光導(dǎo)使用在所述第一光導(dǎo)側(cè)壁處的全內(nèi)反射來防止所述光橫向地外泄。另外，更特定而言，所述第一像素包括(a)第二彩色濾光器，所述第二彩色濾光器為藍(lán)色濾光器或洋紅色濾光器，以及(b)第二光導(dǎo)，所述第二光導(dǎo)被配置來使光從所述第二彩色濾光器主要地傳送至所述襯底而不通過晶體管的柵極。在所述第一方面，所述第一晶體管可以為選擇開關(guān)或重設(shè)開關(guān)，或輸出晶體管。可替換地，所述第一晶體管可以為傳輸門。在所述第一方面，期望的是所述第一柵極具有在200埃與1000埃之間的厚度。更期望的是所述第一柵極具有在300埃與700埃之間的厚度。更加期望的是所述第一柵極具有在500 士 50埃內(nèi)的厚度。在所述第一方面中，期望的是所述第一柵極薄于在所述圖像傳感器中的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)中的晶體管的柵極。在所述第一方面中，期望的是在所述第一彩色濾光器為紅色濾光器的情況下，所述第一區(qū)在所述襯底中不深于0. 8 μ m，并且如果所述第一彩色濾光器為綠色濾光器或黃色濾光器，所述第一區(qū)在所述襯底中不深于0.5 μ m。更期望的是在所述第一彩色濾光器為紅色濾光器的情況下，所述第一區(qū)在所述襯底中不深于0. 5 μ m，并且如果所述第一彩色濾光器為綠色濾光器或黃色濾光器，所述第一區(qū)在所述襯底中不深于0. 35 μ m。在所述第一方面中，期望的是所述第一光導(dǎo)在所述第一柵極上。在所述第一方面中，所述第一導(dǎo)電類型可以為ρ型，并且所述第二導(dǎo)電類型可以為η型。根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種用于形成圖像傳感器的像素陣列的方法，所述像素陣列由第一導(dǎo)電類型的襯底支撐，所述方法包括(A)在所述襯底中形成第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)，(B)在所述襯底中并且在垂直方向上在所述第二區(qū)之上形成所述第一導(dǎo)電性的第一區(qū)，(C)在所述襯底中形成晶體管的漏極，所述漏極毗鄰所述第一區(qū)，(D)在所述襯底之上形成所述晶體管的柵極，所述柵極在垂直方向上位于所述第一區(qū)之上并且鄰近于所述漏極，(E)形成彩色濾光器，所述彩色濾光器為紅色濾光器或綠色濾光器，或黃色濾光器，以及(F)形成光導(dǎo)，所述光導(dǎo)被配置來使光從所述彩色濾光器經(jīng)由所述柵極和所述第一區(qū)傳送至所述第二區(qū)。在所述第二方面，期望的是所述方法包括薄化所述柵極。進(jìn)一步，期望的是在所述薄化步驟之后，所述柵極具有在200埃與1000埃之間的厚度。更進(jìn)一步，期望的是在所述薄化步驟之后，所述柵極具有在300埃與700埃之間的厚度。再更進(jìn)一步，期望的是在所述薄化步驟之后，所述柵極有在500 士 50埃內(nèi)的厚度。又進(jìn)一步，期望的是所述柵極通過蝕刻而被薄化，其中蝕刻劑經(jīng)由所述柵極上在絕緣膜中并且通過所述絕緣膜的開口被引入，光導(dǎo)隨后形成在所述開口中。再進(jìn)一步，期望的是所述柵極通過蝕刻而被薄化，其中蝕刻劑經(jīng)由柵極上通過絕緣膜的開口被引入，光導(dǎo)隨后形成在所述開口中。再又進(jìn)一步，期望的是所述方法還包括在薄化步驟之后并且在形成光導(dǎo)之前在所述開口中形成抗反射堆疊。期望的是所述開口是首先用等離子蝕刻接著以濕式蝕刻來打開。在所述第二方面，期望的是柵極是使用濕式蝕刻而薄化。在所述第二方面，期望的是所述光導(dǎo)在所述柵極上。在所述第二方面，期望的是所述第一導(dǎo)電類型為ρ型并且所述第二導(dǎo)電類型為η型。


圖1為一說明，其示出現(xiàn)有技術(shù)的兩個(gè)圖像傳感器像素的剖面；圖2為一說明，其示出本發(fā)明的實(shí)施方案的兩個(gè)圖像傳感器像素的剖面；圖3為一說明，其示出圖2的所述像素內(nèi)的光線跡線；圖4A為原色拜耳圖案的說明；圖4B為綠色與洋紅色濾光器圖案的說明；圖5為一像素的示意圖，所述像素具有光電二極管以及傳輸門；圖6為一對(duì)像素的可替代實(shí)施方案的示意圖，所述對(duì)像素每個(gè)具有光電二極管以及傳輸門；圖7為一圖像傳感器的示意圖；圖8為一說明，其示出本發(fā)明的可替代實(shí)施方案的兩個(gè)圖像傳感器像素的剖面；圖9A至圖9E為根據(jù)本發(fā)明的一方面的處理過程的說明，所述處理過程用來薄化光導(dǎo)之下的柵極。參考符號(hào)列表106 輕摻雜襯底(可以為ρ磊晶)316 下光導(dǎo)(可以包括氮化硅)130 上光導(dǎo)(可以包括氮化硅)110 絕緣體(例如，氧化硅)111 絕緣體(可以是進(jìn)一步包括硼和/或磷的氧化硅)107 第一金屬(最低金屬布線層)108 第二金屬109 觸點(diǎn)(擴(kuò)散觸點(diǎn)或多晶觸點(diǎn))104a:光導(dǎo)旁邊的傳輸門的柵極電極(可以為多晶硅柵極)104b 光導(dǎo)下方的傳輸門的柵極電極(可以為多晶硅柵極)l(Mc、104d:非傳輸門晶體管的柵極電極(可以為多晶硅柵極)114a 藍(lán)色濾光器或洋紅色濾光器114b 使光經(jīng)由柵極電極104b或104d傳送(transmit)至第二區(qū)102b的紅色濾光器或綠色濾光器，或黃色濾光器120在柵極電極104b、104d之上的絕緣膜110中的開口
230抗反射層(可以包括三層膜夾有氮化物膜的兩層氧化物膜)
231柵極氧化物
233氮化物襯墊
235柵極間隔件
232第三抗反射膜(可為氧化硅)
234第二抗反射膜(可為氮化硅)
236頂部抗反射膜(可為氧化硅)
52x非傳輸門的晶體管(例如，重設(shè)開關(guān)或選擇開關(guān)，或輸出晶體管)
52y第一區(qū)(傳輸門之下的中等摻雜P區(qū))
52z 非傳輸門的晶體管(例如，重設(shè)開關(guān)或選擇開關(guān)，或輸出晶體管)之下的P 阱，所述P阱之下有光電二極管53:表面ρ+擴(kuò)散層55 溝槽隔離區(qū)57 源極/漏極η+擴(kuò)散體64 阻擋區(qū)(可為中等摻雜ρ區(qū))102a 接收來自彩色濾光器11 的光的光電二極管的第二區(qū)(可以為中等摻雜η 區(qū))102b:接收來自彩色濾光器114b的光的光電二極管的第二區(qū)(可以為中等摻雜η 區(qū))(10 連同其環(huán)繞P區(qū)一起形成光電二極管。102b也如此。)103a 在第二區(qū)10 的底部處的水平剖面的中心103b 在第二區(qū)102b的底部處的水平剖面的中心168a 環(huán)繞第二區(qū)10 的耗盡區(qū)168b 環(huán)繞第二區(qū)102b的耗盡區(qū)
具體實(shí)施例方式一種圖像傳感器像素陣列，所述圖像傳感器像素陣列包括光電轉(zhuǎn)換單元，所述圖像傳感器像素陣列由第一導(dǎo)電類型的襯底支撐。所述光電轉(zhuǎn)換單元可以為光電二極管，所述光電二極管包括第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)，所述第二區(qū)被設(shè)置在所述襯底中并且在垂直方向位于晶體管的柵極電極之下。第一區(qū)被設(shè)置在所述第二區(qū)之上，所述第一區(qū)具有所述第一導(dǎo)電性并且位于所述襯底的頂部表面之下。所述第一區(qū)支撐所述晶體管的溝道。彩色濾光器傳送光，所述光穿過柵極電極和第一區(qū)以產(chǎn)生由第二區(qū)收集的多個(gè)載流子。所述彩色濾光器可以為紅色濾光器或綠色濾光器，或黃色濾光器。光可以經(jīng)由光導(dǎo)傳送至柵極電極。 光導(dǎo)可以在柵極電極的頂部。柵極電極可以為傳輸門、重設(shè)開關(guān)、選擇開關(guān)或輸出晶體管的一部分。柵極電極可薄于晶體管的柵極，所述晶體管在像素陣列外部的外圍電路中?？山?jīng)由濕式蝕刻來使所述柵極電極變得更薄。用于薄化柵極電極的蝕刻劑可以經(jīng)由襯底上的絕緣膜中的開口而被引入。光導(dǎo)可以在薄化之后形成在開口中。抗反射堆疊可以在形成光導(dǎo)之前形成在開口的底部處。圖7說明圖像傳感器10，所述圖像傳感器10包括像素14的陣列12，所述陣列12 通過一組控制信號(hào)22被連接至行解碼器20并且通過從像素14所輸出的輸出信號(hào)18被連接至光讀取器電路1。光讀取器電路對(duì)來自像素14的輸出信號(hào)18采樣，并且可以對(duì)輸出信號(hào)18的多個(gè)樣本執(zhí)行減法與放大。像素陣列12包括彩色濾光器陣列，所述彩色濾光器陣列包括以二維排列的彩色濾光器，針對(duì)每一像素14具有一個(gè)彩色濾光器。圖4A說明彩色濾光器陣列的實(shí)施例，所述彩色濾光器陣列可以被設(shè)置在像素陣列12上并且作為像素陣列12的一部分。圖4A示出拜耳原色濾光器圖案(Bayer primary color filter pattern)，所述圖案包括彩色濾光器的2 X 2陣列的重復(fù)二維陣列，所述彩色濾光器每個(gè)具有綠色(G)、紅色(R)以及藍(lán)色(B)中的一者。一對(duì)綠色濾光器沿著所述2X2 陣列的一條對(duì)角線被設(shè)置。紅色濾光器和藍(lán)色濾光器所組成的一對(duì)沿著另一條對(duì)角線被設(shè)置。針對(duì)在空氣中小于600nm的光波長，紅色濾光器具有可忽略的透射率。針對(duì)在空氣中小于500nm或大于600nm的光波長，綠色濾光器具有可忽略的透射率。針對(duì)在空氣中大于 500nm的光波長，藍(lán)色濾光器具有可忽略的透射率。針對(duì)在空氣中在500nm和600nm之間的光波長，洋紅色濾光器具有可忽略的光導(dǎo)納(admittance)。針對(duì)在空氣中小于500nm的光波長，黃色濾光器具有可忽略的光導(dǎo)納。如果透射率小于10%，則所述透射率為可忽略的。 在不同彩色濾光器中的每個(gè)中，峰值透射率應(yīng)超過50 %。圖5示出像素陣列12的像素14的實(shí)施方案的示意圖。像素14包括光檢測(cè)器100。 舉例而言，光檢測(cè)器100可以為光電二極管。光檢測(cè)器100可以經(jīng)由傳輸門117連接至重設(shè)開關(guān)112。光檢測(cè)器100還可以經(jīng)由輸出(即，源極跟隨器)晶體管116被耦合至選擇開關(guān)114。晶體管112、114、116、117可以為場(chǎng)效晶體管(FET)。傳輸門112的柵極可以連接至TF(n)線121。重設(shè)開關(guān)112的柵極可以連接至 RST(η)線118。重設(shè)開關(guān)112的漏極節(jié)點(diǎn)可以連接至IN線120。選擇開關(guān)114的柵極可以連接至SEL線122。選擇開關(guān)114的源極節(jié)點(diǎn)可以連接至OUT線124。RST(n)線118、 SEL(η)線122以及TF(η)線126可以為像素陣列12中的一整行像素所共有。同樣，IN線 120以及OUT線124可以為像素陣列12中的一整列像素所共有。RST(η)線118,SEL(η)線 122以及TF(η)線121被連接至行解碼器20并且是控制線22的部分。OUT(m)線124被連接至光讀取器1并且是垂直信號(hào)線18的部分。圖6說明一對(duì)像素，所述對(duì)像素共享重設(shè)開關(guān)112、選擇開關(guān)114以及輸出晶體管 116。光檢測(cè)器IOOa和傳輸門117a—起形成所述對(duì)內(nèi)的第一像素。光檢測(cè)器IOOb和傳輸門117b—起形成所述對(duì)內(nèi)的第二像素。第一和第二像素可位于像素陣列12內(nèi)的不同行中。所述像素對(duì)包括兩個(gè)光檢測(cè)器100a、100b，所述兩個(gè)光檢測(cè)器IOOaUOOb分別經(jīng)由傳輸門117a、117b被連接至共享的感測(cè)節(jié)點(diǎn)111。傳輸門117a、117b分別通過連接至它們的各自柵極的水平信號(hào)TF(n+l) 121a以及TF(η) 121b來控制。共享的重設(shè)開關(guān)112在共享的水平信號(hào)RST (η) 118的控制下將感測(cè)節(jié)點(diǎn)111連接至垂直IN線120，所述共享的水平信號(hào) RST (η) 118被連接至重設(shè)開關(guān)112的柵極。當(dāng)一起被導(dǎo)通并且通過將信號(hào)RST (η) 118和信號(hào)TF(n+1) 121a兩者驅(qū)動(dòng)至高電平而每個(gè)進(jìn)入三極管區(qū)中時(shí)，重設(shè)開關(guān)112和傳輸門117a 可以將光檢測(cè)器100a重設(shè)至由垂直IN信號(hào)120所傳輸?shù)碾妷骸Ｍ瑯?，?dāng)一起被導(dǎo)通并且通過將信號(hào)RST (η) 118和信號(hào)TF(n) 121b兩者驅(qū)動(dòng)至高電平而每個(gè)進(jìn)入三極管區(qū)中時(shí)，重設(shè)開關(guān)112和傳輸門117b可以將光檢測(cè)器IOOb重設(shè)至由垂直IN信號(hào)120所傳輸?shù)碾妷骸?RST (η)線118,SEL (η)線122以及TF (n+1)線121a和TF (η)線121b被連接至行解碼器20 并且是控制線22的部分。OUT(m)線IM被連接至光讀取器1并且是垂直信號(hào)線18的部分。參見圖6，輸出晶體管116經(jīng)由選擇晶體管114被連接至垂直O(jiān)UT線124，選擇晶體管114通過水平信號(hào)SEL (η) 122導(dǎo)通。輸出晶體管116和選擇晶體管114在兩對(duì)光檢測(cè)器IOOaUOOb和傳輸門117a、117b中共享。信號(hào)可以通過驅(qū)動(dòng)水平信號(hào)TF(n+1) 121a和 SEL (η) 122而從光檢測(cè)器100a傳輸至垂直O(jiān)UT線124。同樣，信號(hào)可以通過驅(qū)動(dòng)水平信號(hào) TF (n) 121b和SEL (η) 122而從光檢測(cè)器100b傳輸至垂直O(jiān)UT線124。圖2示出本發(fā)明的圖像傳感器的實(shí)施方案的兩個(gè)像素14的剖面圖，其中所述像素 14每個(gè)具有一顏色的彩色濾光器IHa或一不同顏色的彩色濾光器114b。在圖2中，兩個(gè)像素被示出為支撐在半導(dǎo)體襯底106上。半導(dǎo)體襯底106可以為第一導(dǎo)電類型(例如，ρ型)的輕摻雜半導(dǎo)體材料。例如，襯底106可具有以lE15/cm3至7E15/cm3之間的濃度摻雜硼的硅，如重?fù)诫sP+襯底上的常規(guī)的P磊晶層(P-印i layer)(未示出)。參見圖2，所述兩個(gè)像素中的每個(gè)用于檢測(cè)不同顏色的光，分別由彩色濾光器 114a、114b透射的光的顏色所確定。針對(duì)在空氣中小于500nm的波長的光，彩色濾光器11 具有不可忽略的透射率，而針對(duì)在空氣中小于500nm的波長的光，彩色濾光器114b具有可忽略的透射率。例如，彩色濾光器IHa可以為藍(lán)色濾光器或洋紅色濾光器，而彩色濾光器 114b可以為紅色濾光器或綠色濾光器，或黃色濾光器。襯底106上的金屬-2連線(Metal-2 wire) 108使像素陣列12中的多個(gè)器件彼此連接和/或與行解碼器20和/或光讀取器1連接。金屬-2連線108與襯底106之間的金屬-1連線(Metal-1 wire) 107可以在像素14中的多個(gè)器件之間連接，例如，在一個(gè)晶體管的漏極擴(kuò)散體至另一晶體管的多晶硅柵極之間，或者在器件與金屬-2連線之間?？梢允褂酶嗖季€層。襯底106之上的絕緣電介質(zhì)110支撐金屬-1連線107以及金屬-2連線108。 絕緣電介質(zhì)110可以包括氧化硅。保護(hù)膜410可以覆蓋絕緣電介質(zhì)110，以將濕氣以及例如鈉離子和鉀離子的堿金屬離子排除在外。保護(hù)膜410可以包括氮化硅。參見圖2，柵極電極l(Ma、104b以及l(fā)(Mc每個(gè)被設(shè)置在柵極電介質(zhì)(現(xiàn)在示出) 上，柵極電介質(zhì)形成在襯底106上。柵極電介質(zhì)使柵極電極l(Ma、104b以及l(fā)(Mc與襯底 106絕緣。柵極電極l(Ma、104b以及l(fā)(Mc可以包括多晶硅。柵極電極104a、104b每個(gè)為傳輸門(例如，圖5中所示出的傳輸門117或圖6中所示出的傳輸門117a、117b)的部分。 柵極電極104b被配置為被在空氣中的波長大于500nm的光(例如，綠光或紅光)穿過，所述光由彩色濾光器114b傳送并且通過在柵極電極104b之上的下光導(dǎo)316。柵極電極l(Mc 每個(gè)為非傳輸門(例如，圖5或圖6中所示出的重設(shè)晶體管112、源極跟隨器晶體管116以及選擇晶體管114中的任一者)的部分。參見圖2，下光導(dǎo)316以及上光導(dǎo)130為以級(jí)聯(lián)方式配置的光導(dǎo)，其用以傳送來自彩色濾光器114a、114b的可見光。光導(dǎo)316、130可以包括氮化硅，例如Si3N4。右邊的下光導(dǎo)316具有在柵極電極104b上的一底部，以使光從彩色濾光器114b傳送至柵極電極104b。 在右邊的下光導(dǎo)316和柵極電極104b之間可以夾有抗反射堆疊，以減少被傳送的光在下光導(dǎo)316和柵極104b之間的界面處的向后反射。例如，所述抗反射堆疊可以包括三層介電膜 (例如，氧化物-氮化物-氧化物)或更多。每層膜具有在50埃與2000埃之間的厚度，所述厚度被最佳化來減少針對(duì)通過彩色濾光器104b傳送的光的波長范圍的反射。左邊的下光導(dǎo)316被設(shè)置為橫向地緊接于柵極電極104a，以使光主要地傳送至襯底106而不通過柵極電極10如。第一導(dǎo)電類型(例如，ρ型)的第一區(qū)52y被設(shè)置在柵極電極104b下面的柵極氧化物之下，以形成包括柵極電極104b的晶體管的主體。柵極電極104b下面的第一區(qū)52y、柵極電極104b本身以及鄰近于柵極電極104b的漏極擴(kuò)散體57 —起形成傳輸門的多個(gè)部分。 如果彩色濾光器114b為紅色濾光器，則第一區(qū)52y可從襯底106的頂部界面起在柵極電極 104b之下延伸至小于0. 8 μ m的深度，更優(yōu)選地，小于0. 45 μ m的深度，或者，如果彩色濾光器114b為綠色濾光器或黃色濾光器，則延伸至小于0. 5 μ m的深度，更優(yōu)選地，小于0. 35 μ m 的深度。第一區(qū)52y的深度可淺于常規(guī)的MOS晶體管(例如，在圖像傳感器10的外圍中的 I/O單元中或行解碼器20中或在ADC M中的MOS晶體管)。第一區(qū)52y的較淺深度減小光在第一區(qū)52y內(nèi)行進(jìn)的垂直距離。第一區(qū)52y可為倒退型阱(retrograde well)，其峰值摻雜濃度在0. 1 μ m至0. 2 μ m的深度之間，優(yōu)選地0. 13 μ m。第一區(qū)52y可包括銦，其峰值摻雜劑濃度在5E17/cm3至5E18/cm3之間，優(yōu)選地3E18/cm3。類似的第一區(qū)52y可以形成在柵極電極10 下面，以形成包括柵極電極10 的傳輸門的主體。漏極擴(kuò)散體57可為第二導(dǎo)電類型(例如，η型)的重?fù)诫s區(qū)。例如，漏極擴(kuò)散體 57可以包括砷，其峰值摻雜濃度為lE20/cm3或更高。漏極擴(kuò)散體57可以為感測(cè)節(jié)點(diǎn)，例如圖5或圖6的感測(cè)節(jié)點(diǎn)111。參見圖2，第二區(qū)10 被設(shè)置在襯底106中，柵極電極104b下面。第二區(qū)10 具有第二導(dǎo)電類型，例如η型。第二區(qū)102b的橫向部分被設(shè)置在包括柵極電極104b的傳輸門的相對(duì)端處(相對(duì)于漏極擴(kuò)散體57)。第二區(qū)102b的橫向部分連接至第二區(qū)102b的埋入部分，第二區(qū)102b的埋入部分被埋入在第一區(qū)52y之下，第一區(qū)52y在垂直方向上位于柵極電極104b之下。例如，第二區(qū)102b可通過注入磷以分別地形成橫向部分和埋入部分而被形成，橫向部分和埋入部分每個(gè)在兩個(gè)單獨(dú)的掩蔽步驟中的一個(gè)或另一個(gè)之后形成。第二區(qū)102b的峰值摻雜濃度可以在lE17/cm3至7E18/cm3之間。如圖2中所示出的，第二區(qū) 102b的埋入部分的水平剖面的中心10 (示出為圖2中的虛線圓)可以在垂直方向上位于柵極電極104b之下，并且也可在垂直方向上位于第一區(qū)52y之下。耗盡區(qū)從在所述第一區(qū) 52y具有第一導(dǎo)電類型的峰值摻雜濃度處之下延伸至第二區(qū)102b的埋入部分的頂部中。參見圖2，不同于第二區(qū)102b，被連接至包括柵極電極10 的傳輸門的第二區(qū) 102a具有水平剖面的中心103a (示出為圖2中的虛線菱形形狀)，所述中心103a在垂直方向上不位于柵極電極10 之下而是在其旁邊。第二區(qū)10 具有第二導(dǎo)電類型(例如，η 型)，并且可以通過注入磷至峰值摻雜濃度在lE16/cm3與7E18/cm3之間(更優(yōu)選地在7el6/ cm3與7el7/cm3之間)來形成。當(dāng)包括柵極電極10 的傳輸門導(dǎo)通時(shí)，在柵極電極10 下面形成溝道以使第二區(qū)10 連接至漏極擴(kuò)散體57，漏極擴(kuò)散體57鄰近于柵極電極10 并且位于相對(duì)于第二區(qū)10 的相對(duì)端處。鄰近于柵極電極10 的漏極擴(kuò)散體57可以為感測(cè)節(jié)點(diǎn)，例如圖5或圖6的感測(cè)節(jié)點(diǎn)111。左邊的下光導(dǎo)316被定位來將光從彩色濾光器11 傳送至襯底106，而不是經(jīng)由柵極電極l(Ma。應(yīng)注意，來自下光導(dǎo)的較小量的光可以被傳送至柵極電極104a，但這應(yīng)包括少于通過下光導(dǎo)傳送的光的10%，從而左邊的下光導(dǎo)316被稱為是主要地將光傳送至襯底而不是通過柵極電極10如。第二區(qū)102a、102b可以通過在柵極電極104a、104b旁邊的擴(kuò)散體53與襯底的頂部界面隔離，擴(kuò)散體53具有第一導(dǎo)電類型(例如，ρ型)并且具有在5E17至1E19之間的摻雜濃度。已在上文描述了本發(fā)明的最佳實(shí)施方式。本發(fā)明的圖像傳感器的可替代實(shí)施方案可以不在第二區(qū)10 以及10 上面使用光導(dǎo)130和316，而是替代地可以在每一第二區(qū)上面使用常規(guī)的微透鏡和彩色濾光器來使光聚焦至所述第二區(qū)中。在此可替代實(shí)施方案中，第一微透鏡和第一彩色濾光器一起使具有大于500nm波長的光傳送至柵極電極104b，而第二微透鏡和第二彩色濾光器一起使具有 450nm士50nm范圍內(nèi)的波長的光傳送至襯底106的頂部界面的區(qū)域，所述區(qū)域鄰近于柵極電極10 但不被柵極電極10 覆蓋。圖3為光線追蹤圖，其用于圖2中所示出的圖像傳感器的剖面。光線a進(jìn)入左邊的彩色濾光器IHa和光導(dǎo)130，在左邊的光導(dǎo)130的側(cè)壁上反射，穿過第二區(qū)102a，最終在襯底中在耗盡區(qū)168a內(nèi)被吸收，于是產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。來自電子-空穴對(duì)的電子被耗盡區(qū)168a中的電場(chǎng)朝向第二區(qū)10 推動(dòng)，而來自所述對(duì)的空穴被排斥離開并且進(jìn)入襯底 106中。因此，第二區(qū)10 中的所積聚的電荷變得更負(fù)了?；蛘撸饪稍诘诙^(qū)10 中被吸收，于是產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，來自電子-空穴對(duì)的電子被保持在第二區(qū)10 內(nèi)，而空穴被耗盡區(qū)168a中的電場(chǎng)向外排斥至襯底106。當(dāng)鄰接第二區(qū)10 并且包括柵極電極10 的傳輸門被導(dǎo)通以形成傳導(dǎo)路徑(在此實(shí)施例中，柵極電極10 下面，第二區(qū)10 和鄰近于柵極電極10 的漏極擴(kuò)散體57之間，襯底106的表面處的溝道中的反轉(zhuǎn)層)時(shí)，所積聚的負(fù)電荷的程度則通過放大器電路來感測(cè)，如圖5或圖6中所示出的。再次參見圖3，光線b進(jìn)入右邊的彩色濾光器114b和光導(dǎo)130，在右邊的光導(dǎo)130 的側(cè)壁上反射，穿過抗反射堆疊230、柵極電極104b以及下方的柵極氧化物(未圖示)，穿過第一區(qū)52y，接著穿過第二區(qū)102b，并且最終在襯底中在耗盡區(qū)168b內(nèi)被吸收，于是產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。來自電子-空穴對(duì)的電子被耗盡區(qū)168b中的電場(chǎng)朝向第二區(qū)102b推動(dòng)， 而來自所述對(duì)的空穴被排斥離開至襯底106中。因此，第二區(qū)102b中的所積聚的電荷變得更負(fù)了。當(dāng)鄰接第二區(qū)102b并且包括柵極電極104b的傳輸門被導(dǎo)通以形成傳導(dǎo)路徑(在此實(shí)施例中，柵極電極104b下面，第二區(qū)102b與鄰近于柵極電極104b的η+擴(kuò)散體57之間，硅表面處的溝道中的反轉(zhuǎn)層)時(shí)，所積聚的負(fù)電荷的程度則通過放大器電路來感測(cè)，如圖5或圖6中的示意圖中所示出的。彩色濾光器114b可以傳送紅光或綠光，或兩者。所述彩色濾光器114b可以為綠色濾光器、紅色濾光器，或黃色濾光器。綠光和紅光具有在500nm與700nm之間的波長，并且能夠在被吸收之前穿入通過硅與多晶硅大于1 μ m。已通過彩色濾光器114b的光線b能夠穿過第一區(qū)52y以產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，所述電子-空穴對(duì)的電子被第一區(qū)52y下面的第二區(qū)102b收集。如圖3中所說明，光線b穿透至第二區(qū)102b之外，并且在環(huán)繞第二區(qū)的耗盡區(qū)內(nèi)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。另外，通過彩色濾光器114b的光線可在第二區(qū)102b自身中被吸收，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，所述電子-空穴對(duì)中的電子保持在第二區(qū)102b中，而來自所述對(duì)的空穴被耗盡區(qū)168b內(nèi)的電場(chǎng)排斥出至襯底106?；蛘撸ㄟ^彩色濾光器114b的光線可在第一區(qū) 52y中被吸收，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，所述電子-空穴對(duì)中的電子擴(kuò)散至耗盡區(qū)168b中，并且通過耗盡區(qū)168b中的電場(chǎng)被推動(dòng)至第二區(qū)102b中。在可替代實(shí)施方案中，為減少在柵極電極104b中所吸收的光的量，可以使柵極電極104b至少在下光導(dǎo)316之下的一部分之上薄于不同晶體管(例如，像素陣列12之外的晶體管，如ADC M中的晶體管)的柵極電極。例如，常規(guī)的多晶硅柵極可以具有約2000埃士 10%的厚度。柵極電極104b可以包括多晶硅?？梢允箹艠O電極104b的厚度在200埃與 1000埃之間，優(yōu)選地在300埃和700埃之間，更優(yōu)選地在500士50埃內(nèi)。柵極電極104b可以在已形成漏極擴(kuò)散體57之后使用濕式蝕刻從上而下地被蝕刻。絕緣膜110(例如，氧化硅膜)可以沉積在晶片上，隨后進(jìn)行光刻步驟以在晶片上形成光致抗蝕劑掩模，以僅曝露絕緣膜110上在柵極待薄化處上方的區(qū)域(例如，僅在像素陣列12中在下光導(dǎo)316將與之重疊處的傳輸門的區(qū)域上)，隨后進(jìn)行濕式蝕刻以形成開口來曝露柵極的頂部，接著最終地進(jìn)行濕式蝕刻以將柵極(例如，多晶硅柵極)向下蝕刻至所要求的最終厚度。通過CMP進(jìn)行的氧化硅膜的平面化可以在光刻步驟之前。作為濕式蝕刻的替代，可以在絕緣膜110上應(yīng)用等離子蝕刻以形成開口的部分， 隨后進(jìn)行濕式蝕刻以移除絕緣膜110的殘余厚度，蝕刻所述開口貫穿絕緣膜110并且曝露出柵極的上區(qū)域?；蛘?，可單獨(dú)通過等離子蝕刻(不涉及濕式蝕刻)來蝕刻貫穿絕緣膜110 的整個(gè)厚度，以產(chǎn)生所述開口。可以在用于ADC對(duì)和/或行解碼器20中的晶體管的輕摻雜漏極(LDD)注入之后執(zhí)行柵極104b的薄化。所述開口也可以為這樣的開口，即下光導(dǎo)316 (例如通過沉積氮化硅而)隨后形成在其中。在所述開口中形成下光導(dǎo)316之前，抗反射堆疊可以被沉積至所述開口的底部， 所述抗反射堆疊例如是包括下氧化物膜、中間氮化物膜以及上氧化物膜的氧化物-氮化物-氧化物堆疊。圖9A至圖9E說明一處理過程，所述處理過程用于在柵極104b (或104d)的上面形成開口 120，薄化柵極104b (或104d)，在柵極104b (或104d)上形成抗反射堆疊，以及在開口 120中形成下光導(dǎo)316。圖9A示出柵極氧化物231上的柵極104b，柵極氧化物231在襯底106上。柵極104b有間隔件235在兩側(cè)。柵極104b和間隔件235以及不在柵極104b 或間隔件235之下的柵極氧化物231的多個(gè)部分被氮化物襯墊233膜覆蓋。絕緣膜111覆蓋晶片至與柵極104b的頂部類似的高度。絕緣膜111可以為摻雜有硼和磷的氧化硅，例如 BPSG。絕緣膜110進(jìn)一步在絕緣膜111以及柵極104b頂上的氮化物襯墊233的部分的之上覆蓋晶片。在此時(shí)，金屬布線層可能已形成在絕緣膜110中，或可能未形成在絕緣膜110 中。絕緣膜110可以包括氧化硅。圖9B示出被形成為貫穿絕緣膜110的開口 120，開口 120曝露出柵極104b之上的氮化物襯墊233的一部分。開口 120可以僅通過等離子蝕刻而形成，或者可以通過等離子蝕刻之后進(jìn)行濕式蝕刻而形成。在圖9C中，移除氮化物襯墊233的所述部分，并且從上而下蝕刻?hào)艠O104b以得到具有所要求厚度的較薄柵極。圖9D示出包括三層膜232、234、236的抗反射堆疊形成在開口 120的底部處被薄化的柵極104b上。頂層抗反射膜236可以包括氧化硅。第二層抗反射膜234可以包括氮化硅。第三層抗反射膜232可以包括氧化硅。抗反射堆疊減少從光導(dǎo)316傳送至襯底106 的光的向后反射。圖9E示出光導(dǎo)316在抗反射堆疊之后形成在開口 120中。圖4B示出彩色濾光器陣列的另一個(gè)實(shí)施例，所述彩色濾光器陣列可以被設(shè)置在像素陣列12上并且作為像素陣列12的部分。圖4B示出綠色-洋紅色濾光器圖案，所述圖案包括彩色濾光器的2X2陣列的重復(fù)二維陣列，所述彩色濾光器每個(gè)具有綠色(G)以及洋紅色(Mg)中的一個(gè)。一對(duì)綠色濾光器沿著2X2陣列的一條對(duì)角線被設(shè)置。一對(duì)洋紅色濾光器沿著另一條對(duì)角線被設(shè)置。在包括有綠色-洋紅色濾光器陣列的像素陣列中，綠色像素(具有綠色濾光器作為彩色濾光器114b)可以以圖2中右邊像素的方式來形成。除了具有在第二區(qū)10 下面的附加光檢測(cè)器和用以傳輸來自此附加光檢測(cè)器的電荷的附加傳輸門之外，洋紅色像素(具有洋紅色濾光器作為彩色濾光器114a)可以以與圖2中左邊像素的方式類似的方式來形成。圖8示出從圖2中所示出的實(shí)施方案修改的可替代實(shí)施方案。通過使第二區(qū)102b 在晶體管的P阱(Pwell) 5 之下延伸，所述晶體管具有在第二區(qū)102b和P阱5 之上的柵極104d，來針對(duì)紅色像素或綠色像素或黃色像素修改圖2的第二區(qū)102b的底部部分。所述晶體管不是傳輸晶體管117，并且可以為重設(shè)開關(guān)112和選擇開關(guān)114和輸出晶體管116 中的一個(gè)。像素的下光導(dǎo)316與晶體管的柵極104d重疊，以使光通過柵極104d和P阱5 傳送至第二區(qū)102b。如果彩色濾光器114b為紅色濾光器，則P阱5 可以從襯底106的頂部界面起在柵極電極104d下面延伸至小于0. 8 μ m的深度，更優(yōu)選地小于0. 45 μ m,或者如果彩色濾光器114b為綠色濾光器或黃色濾光器，則延伸至小于0. 5 μ m的深度，更優(yōu)選地小于0. 35 μ m。 P阱52z的深度可以淺于常規(guī)的MOS晶體管(例如，在圖像傳感器10的外圍中的I/O單元中或在行解碼器20或在ADC M中的MOS晶體管)。P阱52z的較淺深度減小光在P阱52z 內(nèi)行進(jìn)的垂直距離。P阱5 可以為倒退型阱，其峰值摻雜濃度在0. 1 μ m至0. 2 μ m的深度之間，優(yōu)選地在0. 13 μ m。P阱5 可以包括銦，其峰值摻雜劑濃度在5E17/cm3至5E18/cm3 之間，優(yōu)選地在3E18/cm3。如上面所描述，優(yōu)選地使柵極104d更薄。進(jìn)一步，柵極104d滿足上面關(guān)于更薄柵極所描述的厚度限制中的一者是令人期望的。再進(jìn)一步，根據(jù)上面所描述的用于柵極薄化的方法中的一者來薄化柵極104d也是令人期望的。盡管已在附圖中描述并且示出某些示例性實(shí)施方案，但應(yīng)當(dāng)可以理解，這些實(shí)施方案針對(duì)廣義的本發(fā)明僅僅是說明性的而非限制性的，并且本發(fā)明不限于所示出并且描述的特定構(gòu)造和配置，因?yàn)楸绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員可想出各種其他的修改。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器的像素陣列，所述像素陣列由第一導(dǎo)電類型的襯底支撐，所述像素陣列包括第一像素，所述第一像素被配置來檢測(cè)藍(lán)光；以及， 第二像素，所述第二像素包括光檢測(cè)器，所述光檢測(cè)器包括在所述襯底中的第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)； 所述第一導(dǎo)電類型的第一區(qū)，所述第一區(qū)在垂直方向位于所述第二區(qū)之上并且位于所述襯底的頂部界面之下；第一晶體管的第一漏極，所述第一漏極毗鄰所述第一區(qū)；所述第一晶體管的第一柵極，所述第一柵極在垂直方向位于所述第一和第二區(qū)之上； 第一彩色濾光器，所述第一彩色濾光器為紅色濾光器或綠色濾光器，或黃色濾光器；以及，第一光導(dǎo)，所述第一光導(dǎo)被配置來使光從所述第一彩色濾光器經(jīng)由所述第一柵極和所述第一區(qū)傳送至所述第二區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素陣列，其中所述第一晶體管為選擇開關(guān)或重設(shè)開關(guān)，或輸出晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素陣列，其中所述第一晶體管為傳輸門。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素陣列，其中所述第一光導(dǎo)使用在所述第一光導(dǎo)側(cè)壁處的全內(nèi)反射來防止所述光橫向地泄出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素陣列，其中所述第一柵極具有在200埃與1000埃之間的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素陣列，其中所述第一柵極具有在300埃與700埃之間的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素陣列，其中所述第一柵極具有在500士50埃之內(nèi)的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素陣列，其中所述第一柵極薄于在所述圖像傳感器中的 ADC中的晶體管的柵極。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素陣列，所述第一像素包括第二彩色濾光器，所述第二彩色濾光器為藍(lán)色濾光器或洋紅色濾光器；以及， 第二光導(dǎo)，所述第二光導(dǎo)被配置來使光從所述第二彩色濾光器主要地傳送至所述襯底而不通過晶體管的柵極。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素陣列，其中在所述第一彩色濾光器為紅色濾光器的情況下，所述第一區(qū)在所述襯底中不深于0. 8 μ m，并且如果所述第一彩色濾光器為綠色濾光器或黃色濾光器，所述第一區(qū)在所述襯底中不深于0. 5 μ m。
全文摘要
一種圖像傳感器的像素陣列(12)，所述像素陣列由第一導(dǎo)電類型的襯底(106)支撐，所述像素陣列包括第一像素，所述第一像素被配置來檢測(cè)藍(lán)光；以及，第二像素，所述第二像素包括光檢測(cè)器，所述光檢測(cè)器包括在所述襯底中的第二導(dǎo)電類型的第二區(qū)(102b)；所述第一導(dǎo)電類型的第一區(qū)(52y)，所述第一區(qū)在垂直方向位于所述第二區(qū)之上并且位于所述襯底的頂部界面之下；第一晶體管的第一漏極(57)，所述第一漏極毗鄰所述第一區(qū)；所述第一晶體管(104b)的第一柵極，所述第一柵極在垂直方向位于所述第一和第二區(qū)之上；第一彩色濾光器(114b)，所述第一彩色濾光器為紅色濾光器或綠色濾光器，或黃色濾光器；以及，第一光導(dǎo)(130，316)，所述第一光導(dǎo)被配置來使光從所述第一彩色濾光器經(jīng)由所述第一柵極和所述第一區(qū)傳送至所述第二區(qū)。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102576716SQ201080041888
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月21日
發(fā)明者鄭蒼隆 申請(qǐng)人:鄭蒼隆