專利名稱：嵌入傳送柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及圖像傳感器，且尤其但非排他地，涉及互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (“CMOS”)圖像傳感器。
背景技術(shù)：
圖像傳感器已變得普遍存在。圖像傳感器廣泛地用在數(shù)字靜態(tài)相機(jī)、蜂窩式電話、 安全相機(jī)、醫(yī)學(xué)、汽車及其它應(yīng)用中。用于制造圖像傳感器(且更具體地，CMOS圖像傳感器 (“CIS”))的技術(shù)已持續(xù)大步前進(jìn)。舉例而言，對較高分辨率及較低功耗的需求已助長了圖像傳感器的進(jìn)一步小型化及整合。因此，圖像傳感器的像素陣列中的像素的數(shù)目已增加， 而每一像素單元的大小已減小。通常，圖像傳感器的每一像素包括諸如光電二極管的感光元件，以及用于自感光元件讀出信號的一個或多個晶體管。隨著像素單元尺寸減小，晶體管尺寸亦減小。傳送晶體管通常用在具有四晶體管設(shè)計(jì)的像素中。傳送晶體管將感光元件與像素電路的剩余部分分隔開，其中傳送晶體管形成在感光元件與浮動節(jié)點(diǎn)之間。在一些應(yīng)用中，希望按比例縮小傳送晶體管以使其具有短柵極長度以便實(shí)現(xiàn)較大整合及增強(qiáng)的像素填充因子。短傳送柵長度可能增加感光元件與浮動節(jié)點(diǎn)之間的穿通的可能性。在傳送晶體管之下的溝道耗盡且環(huán)繞漏極的耗盡區(qū)延伸穿過該溝道至源極以形成單個相連的耗盡區(qū)(有害事件)時，發(fā)生穿通。另一方面，較長的傳送柵長度可減少常規(guī)像素中穿通的發(fā)生，常規(guī)像素使用在平坦氧化物/硅襯底上形成的N+多晶硅傳送柵。然而，較長的傳送柵長度可能引起諸如成像滯后(image lag)、低靈敏度及低全阱容量的問題。附圖
簡述參看以下附圖描述本發(fā)明的非限制性及非詳盡實(shí)施例，其中除非另有指定，否則貫穿各個視圖，相同附圖標(biāo)記指代相同部分。圖IA為說明根據(jù)實(shí)施例的成像系統(tǒng)的功能框圖。圖IB為說明根據(jù)實(shí)施例的成像系統(tǒng)內(nèi)的兩個4T像素的像素電路的電路圖。圖2為圖像傳感器的常規(guī)像素單元的橫截面圖，其說明感光區(qū)及浮動節(jié)點(diǎn)。圖3A為根據(jù)實(shí)施例的包括具有自對準(zhǔn)穿通阻擋件的嵌入傳送柵的像素單元的橫截面圖。圖;3B為根據(jù)實(shí)施例的包括嵌入傳送柵的背側(cè)照明(“BSI”)像素單元的橫截面圖。圖4為根據(jù)實(shí)施例的包括具有自對準(zhǔn)穿通阻擋件的P+/N+雙元件嵌入傳送柵的像素單元的橫截面圖。圖5A為根據(jù)實(shí)施例的像素單元的平面圖，其說明具有嵌入傳送柵的感光區(qū)、傳送晶體管及復(fù)位晶體管。圖5B為基本上沿圖5A中的截面線A-A'截取的圖5A的像素單元的橫截面圖。圖6A為根據(jù)實(shí)施例的像素單元的平面圖，其說明具有嵌入傳送柵的感光區(qū)、傳送晶體管及復(fù)位晶體管。圖6B為基本上沿圖6A中的截面線B-B'截取的圖6A的像素單元的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式本文中描述用于CMOS圖像傳感器(“CIS”)的裝置及系統(tǒng)的實(shí)施例。在以下描述中，陳述眾多具體細(xì)節(jié)以提供對諸實(shí)施例的透徹理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，本文中所描述的技術(shù)可在無諸具體細(xì)節(jié)中的一個或多者的情況下加以實(shí)踐或以其它方法、組件、材料等來加以實(shí)踐。在其它情況下，不詳細(xì)展示或描述熟知結(jié)構(gòu)、材料或操作以避免混淆某些方面。遍及本說明書對“一實(shí)施例”或“一項(xiàng)實(shí)施例”的提及意味著結(jié)合該實(shí)施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一實(shí)施例中。因此，在本說明書全文各處的短語“在一實(shí)施例中”或“在一項(xiàng)實(shí)施例中”的出現(xiàn)未必均指同一實(shí)施例。此外，可在一個或多個實(shí)施例中以任何合適方式組合特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。方向術(shù)語(諸如，“頂部”、“底部”、 “在...之下”)是在參考所描述的附圖的取向來使用的。圖IA為說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的成像系統(tǒng)100的框圖。成像系統(tǒng)100的所說明實(shí)施例包括像素陣列105、讀出電路110、功能邏輯115及控制電路120。像素陣列105為成像傳感器或像素(例如，像素P1、P2.....Pn)的二維(“2D”)
陣列。在一實(shí)施例中，每一像素為互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(“CMOS”)成像像素。像素可實(shí)現(xiàn)為背側(cè)照明像素或前側(cè)照明像素。如所說明，將每一像素排列成行(例如，行Rl至Ry)及列(例如，列Cl至Cx)以獲取人、地點(diǎn)或?qū)ο蟮膱D像數(shù)據(jù)，該圖像數(shù)據(jù)接著可用來呈現(xiàn)人、 地點(diǎn)或?qū)ο蟮?D圖像。在每一像素已獲取其圖像數(shù)據(jù)或圖像電荷之后，由讀出電路110來讀出圖像數(shù)據(jù)并將該圖像數(shù)據(jù)傳送至功能邏輯115。讀出電路110可包括放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 (“ADC”)等。功能邏輯115可僅儲存圖像數(shù)據(jù)或甚至通過應(yīng)用后期圖像效果(例如，修剪、 旋轉(zhuǎn)、去紅眼、調(diào)整亮度、調(diào)整對比度等)來操縱圖像數(shù)據(jù)。在一實(shí)施例中，讀出電路110可沿著讀出列線而一次讀出一行圖像數(shù)據(jù)(已示出)，或可使用各種其它技術(shù)來讀出圖像數(shù)據(jù)(未示出)，諸如，串行讀出或同時完全并行讀出所有像素?？刂齐娐?20耦合至像素陣列105以控制像素陣列105的操作特性。舉例而言， 控制電路120可產(chǎn)生用于控制圖像獲取的快門信號。在一實(shí)施例中，該快門信號為用于同時使像素陣列105內(nèi)的所有像素能夠在單個獲取窗期間同時攝取其各自的圖像數(shù)據(jù)的全局快門信號。在一替代實(shí)施例中，該快門信號為滾動快門信號，由此在連續(xù)獲取窗期間依序地啟用每一行、每一列或每一群像素。圖IB為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的說明像素陣列內(nèi)的兩個四晶體管(“4T”)像素的像素電路150的電路圖。像素電路150為用于實(shí)現(xiàn)圖IA的像素陣列105內(nèi)的每一像素的一個可能的像素電路架構(gòu)。然而，應(yīng)了解，本發(fā)明的實(shí)施例不限于4T像素架構(gòu)；實(shí)情為，受益于本發(fā)明的本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本發(fā)明的教示亦適用于3T設(shè)計(jì)、5T設(shè)計(jì)及各種其它像素架構(gòu)。在圖IB中，像素1 及1 配置成兩行及一列。每一像素電路150的所說明實(shí)施例包括光電二極管PD、傳送晶體管Tl、復(fù)位晶體管T2、源極跟隨器(“SF”)晶體管T3及選擇晶體管T4。在積分期間，光電二極管PD曝露至電磁能量且將所收集的電磁能量轉(zhuǎn)換成電子。在操作期間，傳送晶體管Tl接收傳送信號TX，該傳送信號TX將光電二極管PD中累積的電荷傳送至浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD。在一實(shí)施例中，浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD可耦合至用于臨時儲存圖像電荷的儲存電容器。復(fù)位晶體管T2耦合于電力軌VDD與浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD之間以在復(fù)位信號RST的控制下復(fù)位(例如，對FD放電或充電至預(yù)設(shè)電壓)。浮動擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD經(jīng)耦合以控制SF晶體管T3的柵極。SF晶體管T3耦合于電力軌VDD與選擇晶體管T4之間。SF晶體管T3用作提供來自像素的高阻抗輸出的源極跟隨器。最后，選擇晶體管T4在選擇信號 SEL的控制下選擇性地將像素電路150的輸出耦合至讀出列線。圖2為常規(guī)像素200的橫截面圖。為簡單起見，在圖2中僅展示像素單元200的某些元件，諸如感光元件210、傳送柵260及浮動節(jié)點(diǎn)220。感光元件210包括η型光傳感器205及ρ型釘扎區(qū)206。感光元件210形成在外延(“印i”)層230中，該外延層230安置于襯底240之上。淺溝槽隔離(“STI”)區(qū)電隔離鄰近的像素單元且形成在P阱270及四0內(nèi)。溝道區(qū)215為外延層230的將感光元件210與浮動節(jié)點(diǎn)220分隔開的區(qū)域。柵氧化物250形成在外延層230的前側(cè)上，且覆蓋釘扎區(qū)206、溝道區(qū)215及浮動節(jié)點(diǎn)220。傳送柵260在溝道區(qū)215之上的區(qū)上形成在柵氧化物250上，且形成在介于感光元件210與浮動節(jié)點(diǎn)220之間的區(qū)中。在像素200中，傳送柵260為高度η摻雜，且形成在平坦柵氧化物250/外延層230 上，其MOS特性可要求相對較長的傳送柵長度(且因此存在較長的溝道區(qū)215)，使得可減少感光元件210與浮動節(jié)點(diǎn)220之間的穿通的可能性。然而，相對較長的傳送柵長度可增加成像滯后、像素浮散(blooming)、低靈敏度及低全阱容量的出現(xiàn)。除了造成這些問題以外， 相對較長的傳送柵傾向于增加像素單元的寬度，由此使得難以小型化圖像傳感器。圖3A為根據(jù)實(shí)施例的包括嵌入傳送柵及ρ型自對準(zhǔn)穿通阻擋件的前側(cè)照明 (“FSI”)像素單元300的橫截面圖。為簡單起見，在圖3A中僅展示像素單元300的選定元件(諸如感光元件310、嵌入傳送柵360及浮動節(jié)點(diǎn)320)，而如同前側(cè)金屬疊層、濾色器陣列及微透鏡的特征已被排除。感光元件310的所說明實(shí)施例包括η型感光區(qū)305及ρ型釘扎區(qū)306。感光元件310形成在外延(“印i”)層330中，該外延層330安置于襯底340(外延層330與襯底340兩者一般都稱作半導(dǎo)體層)之上。STI區(qū)電隔離鄰近的像素單元且形成在P阱370及390內(nèi)。在所說明的實(shí)施例中，溝槽335形成在外延層330的前側(cè)中介于η型感光區(qū)305 與浮動節(jié)點(diǎn)320之間。柵氧化物層350給外延層330的頂面作襯且覆蓋STI、P型釘扎區(qū) 306、浮動節(jié)點(diǎn)320、ρ阱370及390的上表面及溝槽335的內(nèi)表面。在所說明的實(shí)施例中， 嵌入傳送柵360基本上填充由溝槽335形成的空隙且形成在柵氧化物層350的給溝槽335 的內(nèi)表面作襯的部分的頂部上。柵氧化物層350的給溝槽335的內(nèi)表面作襯的部分將嵌入傳送柵360與η型感光元件310、深η型區(qū)380、ρ阱370及浮動節(jié)點(diǎn)320分隔開。嵌入傳送柵360可包括兩個部分底部部分362，其基本上填充在在外延層330的頂面下方延伸的柵氧化物作襯的溝槽335中；以及頂部部分361，其在底部部分362的頂部上且在氧化物層 350上方延伸。穿通阻擋件(“PTS”)385形成在外延層330中的位于嵌入傳送柵360的底部部分362下方的區(qū)中。PTS 385抑制溝道區(qū)的耗盡，由此抑制短溝道的穿通。在一實(shí)施例中， PTS 385為P型自對準(zhǔn)摻雜區(qū)。自對準(zhǔn)為經(jīng)由溝槽335的底面摻雜PTS 385的區(qū)的副產(chǎn)物。深η型區(qū)380在鄰近于ρ阱390的區(qū)中且在η型感光區(qū)305下方形成在外延層330中。深 η型區(qū)380可朝浮動節(jié)點(diǎn)320延伸至PTS 385下方的區(qū)。浮動節(jié)點(diǎn)320及STI形成在ρ阱 370內(nèi)。ρ阱370延伸至鄰近于深η型區(qū)380的區(qū)，由此形成ρ_η邊界386。深ρ阱375可形成在P阱370下方。深η型區(qū)380與ρ阱370之間的P-N邊界386可位于PTS 385下方。深η型區(qū) 380可用于延伸感光區(qū)305，由此增加感光元件310的全阱容量。深ρ阱375及ρ阱390可用于減少像素之間的圖像浮柵的發(fā)生。在一實(shí)施例中，η型感光區(qū)305中離子的濃度大于深η型區(qū)380中的離子濃度。P阱370及390的離子濃度可類似于深ρ阱375的離子濃度。 PTS區(qū)385的離子濃度可在IOlfVcm3至1018/cm3的范圍中，且在一實(shí)施例中，在5X 1016/cm3 至SXlO1Vcm3的范圍中。應(yīng)了解，像素單元300的元件的導(dǎo)電類型可顛倒。舉例而言，在一替代實(shí)施例中，區(qū)305、320、380可進(jìn)行P型摻雜，而區(qū)306、370、375、385及390可進(jìn)行N 型摻雜。嵌入傳送柵360可為ρ+型或η+型，其中離子濃度介于1019/cm3至l(f7Cm3之間。 嵌入P+傳送柵可具有比嵌入η+傳送柵高的功函數(shù)。具有嵌入P+型傳送柵的傳送晶體管可在零伏(或接地)施加至柵極的情況下被導(dǎo)通。若這是在積分周期期間進(jìn)行的，則電荷可自感光區(qū)305傳送至浮動節(jié)點(diǎn)320。這可減少圖像傳感器中暗電流的出現(xiàn)。嵌入η+型傳送柵具有若干特性，包括以下特性。首先，嵌入η+型傳送柵可在負(fù)電壓施加至柵極的情況下導(dǎo)通。若這是在積分周期期間進(jìn)行的，則電荷可自感光區(qū)305傳送至浮動節(jié)點(diǎn)320。這還可減少圖像傳感器中暗電流的出現(xiàn)。其次，雖然嵌入P+型傳送柵及嵌入η+型傳送柵兩者皆可使用ρ型自對準(zhǔn)PTS，但與嵌入ρ+型傳送柵相比，具有嵌入η+型傳送柵的傳感器像素中的P型自對準(zhǔn)PTS可具有較高的ρ型離子濃度。再者，η+型傳送柵可能要求額外制造步驟及光掩模，這是因?yàn)樵趤碜詧D3Α的區(qū)A中可能要求額外ρ型區(qū)。為獲得較大全阱容量的額外益處，深η型區(qū)380可朝著浮動節(jié)點(diǎn)320延伸柵極長度L的至少一半，如圖3Α中所示。此將使ρ-η邊界386朝溝槽335的浮動節(jié)點(diǎn)側(cè)移動，使 ρ-η邊界386更靠近浮動節(jié)點(diǎn)。大體言之，ρ-η邊界386應(yīng)保持在處于ρ型PTS 385正下方的區(qū)中。然而，若深η型區(qū)380或ρ阱370經(jīng)調(diào)整大小，使得ρ_η邊界386位于在η型感光區(qū)305或浮動節(jié)點(diǎn)320下方的區(qū)中，則可能要求額外制造步驟及光掩模。對于一些背側(cè)照明(“BSI”)圖像傳感器而言，將ρ-η邊界386定位在浮動節(jié)點(diǎn) 320下方可產(chǎn)生具有較大全阱容量的益處。在此種情形下，可能證明額外制造步驟及光掩模為合理的。圖3Β說明根據(jù)實(shí)施例的包括嵌入傳送柵360及PTS 385的BSI像素單元301。 與圖3Α形成對照，圖:3Β中的實(shí)施例包括若干個明顯特征。首先，ρ-η邊界386位于浮動節(jié)點(diǎn)320下方的區(qū)中。其次，ρ型區(qū)387植入在浮動節(jié)點(diǎn)320下方的區(qū)中且在溝槽335與ρ阱 370內(nèi)的STI之間。此ρ型區(qū)387可具有比ρ阱370及深ρ阱375的離子濃度更高的離子濃度。在另一實(shí)施例(未圖示)中，Ρ-η邊界386可位于在η型感光區(qū)305下方的區(qū)中。再者，襯底340相對于FSI像素單元300已經(jīng)背側(cè)薄化。在一實(shí)施例中，可完全移除襯底340， 且對外延層330的背側(cè)進(jìn)行摻雜以鈍化。雖然未說明，但可在背側(cè)之上安置額外層，包括慮色器陣列及微透鏡(在FSI像素單元300中，這些元件可安置在前側(cè)之上)。圖4為根據(jù)實(shí)施例的像素單元400的橫截面圖，其說明具有自對準(zhǔn)PTS的ρ+/η+ 雙元件嵌入傳送柵。為簡單起見，在圖4中僅展示像素單元400的某些元件，諸如感光元件410、p+/n+雙元件嵌入傳送柵460及浮動節(jié)點(diǎn)420，其它元件已被排除。感光元件410包括 η型感光區(qū)405及ρ型釘扎區(qū)406。感光元件410形成在外延層430中，該外延層430安置在襯底440之上。STI區(qū)電隔離鄰近的像素單元且形成在P阱470及490內(nèi)。溝槽435形成在外延層430的前側(cè)上、介于η型感光區(qū)405與浮動節(jié)點(diǎn)420之間。在所說明的實(shí)施例中，柵氧化物層450給外延層430的頂面作襯，且覆蓋STI、P型釘扎區(qū)406、浮動節(jié)點(diǎn)420、 P阱470及490的上表面及溝槽435的內(nèi)表面。嵌入傳送柵460基本上填充由溝槽435形成的空隙且形成在柵氧化物層450的給溝槽435的內(nèi)表面作襯的部分的頂部上。柵氧化物層450的給溝槽435的內(nèi)表面作襯的部分將嵌入傳送柵460與η型感光區(qū)405、深η型區(qū) 480、ρ阱470及浮動節(jié)點(diǎn)420分隔開。嵌入傳送柵460基本上填充溝槽435且包括基本上填充在柵氧化物作襯的溝槽435中的底部部分及在底部部分的頂部上的頂部部分。在所說明的實(shí)施例中，嵌入傳送柵460被分割成兩個部分，ρ型部分463及η型部分464。在一實(shí)施例中，部分463及464是經(jīng)摻雜的多晶硅。在所說明的實(shí)施例中，這些部分沿基本上垂直分隔線(例如，基本上正交于外延層430的頂面的線)將嵌入傳送柵460 分割，使得P型部分463鄰近于感光區(qū)405，且η型部分464鄰近于浮動節(jié)點(diǎn)420。嵌入傳送柵460的ρ+/η+雙元件組合物產(chǎn)生電位梯度，該電位梯度促進(jìn)電荷在η型感光區(qū)405與浮動節(jié)點(diǎn)420之間的更有效的來回移動。P型元件463與η型元件464的功函數(shù)的差異可高達(dá)IV，這取決于這些元件中離子的濃度。這種差異可減少圖像傳感器中成像滯后以及暗電流的發(fā)生。P型元件463及η型元件464的離子濃度可變化以達(dá)成所需的功函數(shù)。舉例而言，分別對于部分463及464中的每一者而言，ρ+/η+雙元件傳送柵的離子濃度可在介于 1019/cm3與1022/cm3之間的范圍內(nèi)。在其它實(shí)施例中，嵌入傳送柵460的部分464可為本質(zhì)或非摻雜的。在這些實(shí)施例中，在傳送柵下方存在分級電位梯度，然而，隨著柵極長度不斷減小，可更易于對嵌入傳送柵460的一個部分463注入ρ+摻雜劑，而使另一部分464為非摻雜的。在又一實(shí)施例中，嵌入傳送柵460的部分464可以是輕微ρ型摻雜(或ρ-)的或是輕微η型摻雜(或η_)的。 若嵌入傳送柵460的部分464為非摻雜的，則傳送柵之下的電位梯度可高于分級電位梯度。 這些實(shí)施例很適合于傳送柵長度小于0. 3 μ m的圖像傳感器，但亦可適合于更長的長度。圖5A為根據(jù)實(shí)施例的像素單元500的平面圖。為簡單起見，在圖5A中僅說明像素單元500的某些元件，諸如感光元件510、傳送柵560及浮動節(jié)點(diǎn)520。嵌入傳送柵560 包括頂部部分561 (以實(shí)線展示)及底部部分562 (以虛線展示)。頂部部分561位于底部部分562上方。底部部分562填充在位于感光元件510與浮動節(jié)點(diǎn)520之間的溝槽(圖5A 中未展示)中。圖5A示出底部部分562大體上符合感光元件510及浮動節(jié)點(diǎn)520的尺寸。 舉例而言，底部部分562的形狀可為梯形，其中該梯形形狀進(jìn)一步具有鄰近于浮動節(jié)點(diǎn)520 的短邊及鄰近于感光元件510的長邊。圖5B為實(shí)質(zhì)上沿圖5A中的截面線A-A’截取的圖5A的像素單元500的橫截面圖。 此處，嵌入傳送柵560展示為包括頂部部分561及底部部分562，其中頂部部分561位于底部部分562上方。底部部分562填充以一層?xùn)叛趸?50作襯的溝槽535。P型自對準(zhǔn)PTS 570形成在底部部分562之下的區(qū)中。具有類似于如圖5A及圖5B中所示的傳送柵560的嵌入傳送柵的像素單元可具有低級別的歸因于暗電流的噪聲。圖6A為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的像素單元600的平面圖。為簡單起見，在圖6A中僅說明像素單元600的某些元件，諸如感光元件610、嵌入傳送柵660及浮動節(jié)點(diǎn)620。圖 6B為基本上沿圖6A中的截面線B-B’截取的像素單元600的橫截面圖。嵌入傳送柵660包括頂部部分661及底部部分662。底部部分662填充在柵氧化物650作襯的溝槽635中。自該平面圖，可看出底部部分662的形狀為矩形，且其橫向于傳送晶體管溝道的尺寸X小于頂部部分661的相應(yīng)尺寸Y。P型自對準(zhǔn)PTS 670形成在底部部分662之下的區(qū)中。具有嵌入傳送柵660的像素單元600可經(jīng)歷較少的成像滯后的發(fā)生、 較高靈敏度及較大的全阱容量。在一些實(shí)施例中，嵌入傳送柵可與STI —樣深地延伸。在其它實(shí)施例中，嵌入傳送柵可比STI淺。在一實(shí)施例中，嵌入傳送柵延伸至外延層中，延伸程度介于0.05μπι與 0. 35 μ m之間。在一實(shí)施例中，溝槽335的長度L小于0.3 μ m。應(yīng)注意，上述描述假定使用紅色、綠色及藍(lán)色感光元件來實(shí)施圖像傳感器。受益于本發(fā)明的本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，該描述亦適用于其它原色濾光器或補(bǔ)色濾光器。本發(fā)明的所說明實(shí)施例的以上描述(包括在摘要中所描述的內(nèi)容)不旨在窮盡或?qū)⒈景l(fā)明限于所揭示的精確形式。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，雖然在本文中出于說明性目的而描述本發(fā)明的具體實(shí)施例及實(shí)例，但在本發(fā)明的范疇內(nèi)各種修改是可能的?？筛鶕?jù)以上詳細(xì)描述而對本發(fā)明進(jìn)行這些修改。在以下權(quán)利要求中所使用的術(shù)語不應(yīng)被理解為將本發(fā)明限于本說明書中所揭示的具體實(shí)施例。實(shí)情為，本發(fā)明的范圍將完全由以下權(quán)利要求來確定，以下權(quán)利要求將根據(jù)權(quán)利要求解釋的既定準(zhǔn)則加以理解。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器像素，其包含 半導(dǎo)體層；感光區(qū)，其安置于所述半導(dǎo)體層內(nèi)以累積光生電荷； 浮動節(jié)點(diǎn)，其安置于所述半導(dǎo)體層內(nèi)；溝槽，其延伸至所述半導(dǎo)體層中、介于所述感光區(qū)與所述浮動節(jié)點(diǎn)之間；以及嵌入傳送柵，其安置于所述溝槽內(nèi)以控制所述光生電荷自所述感光區(qū)至所述浮動節(jié)點(diǎn)的傳送。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素，其特征在于，所述嵌入傳送柵包含 底部部分，其安置于延伸至所述半導(dǎo)體層中的所述溝槽內(nèi)；以及頂部部分，其安置于在所述半導(dǎo)體層的頂面上方延伸的所述底部部分之上。
3.如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器像素，其特征在于，所述底部部分基本上是梯形的， 其中長邊面向所述感光區(qū)而短邊面向所述浮動節(jié)點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器像素，其特征在于，所述底部部分的橫向于所述嵌入傳送柵下方的晶體管溝道的第一尺寸短于所述頂部部分的亦橫向于所述晶體管溝道的第二尺寸。
5.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素，其特征在于，進(jìn)一步包含柵氧化物層，其給所述溝槽作襯，并將所述嵌入傳送柵與所述感光區(qū)及所述浮動節(jié)點(diǎn)分隔開。
6.如權(quán)利要求5所述的圖像傳感器像素，其特征在于，進(jìn)一步包含具有第一極性的阱，其鄰近于所述溝槽而安置于所述半導(dǎo)體層內(nèi)，其中所述浮動節(jié)點(diǎn)具有第二極性且安置于所述阱內(nèi)；具有所述第二極性的深摻雜區(qū)，其安置于在所述感光區(qū)下方的所述半導(dǎo)體層內(nèi)；以及具有所述第一極性的穿通阻擋件區(qū)，其安置于所述溝槽下方。
7.如權(quán)利要求6所述的圖像傳感器像素，其特征在于，所述穿通阻擋件區(qū)包含自對準(zhǔn)區(qū)。
8.如權(quán)利要求6所述的圖像傳感器像素，其特征在于，所述阱與所述深摻雜區(qū)之間的界面形成p-n結(jié)，所述p-n結(jié)駐于所述嵌入傳送柵下方以使得所述嵌入傳送柵交迭所述界
9.如權(quán)利要求6所述的圖像傳感器像素，其特征在于，所述圖像傳感器像素包含背側(cè)照明圖像傳感器像素，且其中所述阱與所述深摻雜區(qū)之間的界面形成P-n結(jié)，所述p-n結(jié)駐于偏離所述嵌入傳送柵處且駐于所述浮動節(jié)點(diǎn)下方。
10.如權(quán)利要求6所述的圖像傳感器像素，其特征在于，進(jìn)一步包含具有所述第一極性的注入?yún)^(qū)，其安置于所述半導(dǎo)體層內(nèi)且鄰接所述溝槽并在所述浮動節(jié)點(diǎn)之下延伸，其中所述注入?yún)^(qū)具有比所述阱高的摻雜劑濃度。
11.如權(quán)利要求6所述的圖像傳感器像素，其特征在于，進(jìn)一步包含深阱，其安置于所述阱下方、具有與所述阱相同的摻雜劑極性且延伸至所述半導(dǎo)體層中的程度比所述深摻雜區(qū)深。
12.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述嵌入傳送柵包含 第一部分；以及第二部分，其中所述第一部分經(jīng)摻雜以具有第一極性，其中所述第一部分鄰近于所述感光區(qū)，且所述第二部分鄰近于所述浮動節(jié)點(diǎn)。
13.如權(quán)利要求12所述的圖像傳感器，其特征在于，所述第一部分及所述第二部分沿基本上正交于所述半導(dǎo)體層的頂面延伸的線來分割所述嵌入傳送柵。
14.如權(quán)利要求12所述的圖像傳感器，其特征在于，所述第一部分具有與所述感光區(qū)相反的摻雜劑極性，且所述第二部分具有與所述浮動節(jié)點(diǎn)相同的摻雜劑極性類型。
15.如權(quán)利要求12所述的圖像傳感器，其特征在于，所述嵌入傳送柵的所述第二部分為非摻雜的。
16.如權(quán)利要求12所述的圖像傳感器，其特征在于，所述第二部分具有比所述第一部分低的摻雜劑濃度。
17.如權(quán)利要求16所述的圖像傳感器，其特征在于，所述第二部分經(jīng)摻雜以具有與所述第一極性相反的第二極性。
18.—種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(“CMOS”)圖像傳感器，其包含外延層，像素陣列安置于所述外延層中或所述外延層上，其中所述像素陣列的像素單元包括光電二極管，其安置于所述外延層內(nèi)以累積光生電荷；浮動節(jié)點(diǎn)，其安置于所述外延層內(nèi)；以及嵌入傳送柵，其安置于所述外延層內(nèi)、介于所述光電二極管與浮動擴(kuò)散區(qū)之間以控制所述光生電荷自所述感光區(qū)至所述浮動節(jié)點(diǎn)的傳送。
19.如權(quán)利要求18所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述嵌入傳送柵包含底部部分，其安置于延伸至所述外延層中的所述溝槽內(nèi)；以及頂部部分，其安置于在所述外延層的頂面上方延伸的所述底部部分之上。
20.如權(quán)利要求18所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，進(jìn)一步包含柵氧化物層，其給所述溝槽作襯，并將所述嵌入傳送柵與所述光電二極管及所述浮動節(jié)點(diǎn)分隔開；P阱，其鄰近于所述溝槽而安置于所述外延層內(nèi)，其中所述浮動節(jié)點(diǎn)是N摻雜的且安置于所述P阱內(nèi)；深N型區(qū)，其在所述光電二極管下方安置于所述外延層內(nèi)；以及P型穿通阻擋件區(qū)，其安置于所述溝槽下方。
21.如權(quán)利要求18所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述像素陣列包含背側(cè)照明像素陣列，且其中所述P阱與所述深N型區(qū)之間的界面形成p-n結(jié)，所述p-n結(jié)駐于偏離所述嵌入傳送柵處且駐于所述浮動節(jié)點(diǎn)下方。
22.如權(quán)利要求18所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述嵌入傳送柵包含第一 P摻雜部分；以及第二 N摻雜部分，其中所述第一 P摻雜部分鄰近于所述光電二極管，且所述第二 N摻雜部分鄰近于所述浮動節(jié)點(diǎn)，其中所述浮動節(jié)點(diǎn)包含所述P阱內(nèi)的N摻雜區(qū)，其中所述光電二極管包含N摻雜區(qū)。
23.如權(quán)利要求22所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述第一 P摻雜部分及所述第二 N摻雜部分沿基本上正交于所述外延層的頂面延伸的線來分割所述嵌入傳送柵。
全文摘要
本發(fā)明涉及嵌入傳送柵。本文所公開的圖像傳感器像素包括半導(dǎo)體層、用于累積光生電荷的感光區(qū)、浮動節(jié)點(diǎn)、溝槽及嵌入傳送柵。該感光區(qū)及該溝槽安置于該半導(dǎo)體層內(nèi)。該溝槽延伸至該半導(dǎo)體層中、介于該感光區(qū)與該浮動節(jié)點(diǎn)之間，且該嵌入傳送柵安置于該溝槽內(nèi)以控制該光生電荷自該感光區(qū)至該浮動節(jié)點(diǎn)的傳送。
文檔編號H01L27/146GK102376730SQ201110245139
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者代鐵軍, 野崎秀俊 申請人:美商豪威科技股份有限公司