專利名稱：圖像傳感器中的光偵測(cè)器隔離的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及供用于數(shù)字相機(jī)及其它類型的圖像捕捉裝置中的圖像傳感器，具體涉及互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CM0Q圖像傳感器。更具體地，本發(fā)明涉及CMOS圖像傳感器中的光電二極管隔離及用于產(chǎn)生此隔離的方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器使用通常配置成陣列的數(shù)千個(gè)至數(shù)百萬(wàn)個(gè)像素來(lái)捕捉圖像。圖1描繪根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器中通常所使用的像素的俯視圖。像素100包括響應(yīng)于入射光而收集電荷的光偵測(cè)器(PD) 102。在讀出光偵測(cè)器102的電荷的前，經(jīng)由接點(diǎn)104將一適當(dāng)信號(hào)施加至重設(shè)晶體管的柵極(RG)以將電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)(FD) 106重設(shè)至一已知電位VDD。當(dāng)經(jīng)由使用接點(diǎn)108將一適當(dāng)信號(hào)施加至轉(zhuǎn)移柵極(TG)而啟用轉(zhuǎn)移晶體管時(shí)，電荷接著自光偵測(cè)器102轉(zhuǎn)移至電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106。電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106用以將所收集的電荷轉(zhuǎn)換成電壓。放大器晶體管(SF)的柵極110經(jīng)由信號(hào)線111連接至電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106。為了將來(lái)自電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106的電壓轉(zhuǎn)移至一輸出端V0UT，經(jīng)由接點(diǎn)112將一適當(dāng)信號(hào)施加至行選擇晶體管(舊)的柵極。該行選擇晶體管的激活啟用放大器晶體管(SF)，SF繼而將來(lái)自電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換器(FD)的電壓轉(zhuǎn)移至V0UT。淺渠溝隔離區(qū)(STI)包圍光偵測(cè)器 (PD)及像素100以電隔離圖像傳感器中的像素與鄰近像素。η型隔離層114包圍這些STI 區(qū)，如將結(jié)合圖2及圖3更詳細(xì)描述的。圖2說(shuō)明沿著圖1中的線A-A的橫截面示意圖，其描繪現(xiàn)有技術(shù)的像素結(jié)構(gòu)。像素100包括轉(zhuǎn)移柵極(TG)、電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106及光偵測(cè)器102。光偵測(cè)器102實(shí)施為由形成于η型層204內(nèi)的η+釘扎層200及ρ型儲(chǔ)存區(qū)202組成的釘扎光電二極管。η型層 204安置于基板層206上方。淺渠溝隔離區(qū)(STI) 208橫向地鄰近于光偵測(cè)器102的相對(duì)側(cè)而形成且包圍該光偵測(cè)器。STI 208亦橫向地鄰近于電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106而形成，其中轉(zhuǎn)移柵極(TG)定位于光偵測(cè)器102與電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106之間。STI區(qū)208包括形成于η型層204中的用介電材料210填充的渠溝。η型隔離層114包圍每一渠溝的側(cè)壁及底部。通常藉由在用介電材料210填充渠溝的前將η型摻雜劑植入至渠溝的側(cè)壁及底部中而形成隔離層114。圖3描繪沿著圖1中的線B-B的橫截面示意圖，其描繪現(xiàn)有技術(shù)的像素結(jié)構(gòu)。STI 208橫向地鄰近于光偵測(cè)器102而形成且包圍光偵測(cè)器102。STI 208亦橫向地鄰近于電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106而形成。η型隔離層114包圍渠溝的側(cè)壁及底部。隔離層114的淺η+植入可使電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106的周邊電容增加，且可由于藉由η型隔離層及ρ型電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106形成的ρ+/η+ 二極管結(jié)而導(dǎo)致較高暗電流或點(diǎn)缺陷。另外，橫向地鄰近于像素100中的一或多個(gè)晶體管(諸如，放大器晶體管(SF))的η 型隔離層114可減小晶體管的有效寬度。此可導(dǎo)致窄溝道效應(yīng)，且需要反過(guò)來(lái)減小像素的填充因子的較寬晶體管的設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
圖像傳感器包括形成成像區(qū)域的像素陣列。至少一個(gè)像素包括安置于硅半導(dǎo)體層中的光偵測(cè)器及電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)。光偵測(cè)器包括具有第一導(dǎo)電類型的儲(chǔ)存區(qū)，該儲(chǔ)存區(qū)安置于具有第二導(dǎo)電類型的該硅半導(dǎo)體層中。電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)具有該第一導(dǎo)電類型，且可藉由定位于該儲(chǔ)存區(qū)與該電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)之間的轉(zhuǎn)移柵極電連接至該儲(chǔ)存區(qū)。淺渠溝隔離區(qū)橫向地鄰近于該光偵測(cè)器、該電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)及每一像素中的其它特征及組件而形成或包圍該光偵測(cè)器、該電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)及每一像素中的其它特征及組件。這些淺渠溝隔離區(qū)各自包括安置于該硅半導(dǎo)體層中的用介電材料填充的渠溝。淺渠溝隔離區(qū)橫向地鄰近于每一光偵測(cè)器且包圍每一光偵測(cè)器。具有第二導(dǎo)電性的隔離層僅沿著渠溝的緊鄰于光偵測(cè)器的底部部分且僅沿著渠溝的緊鄰于光偵測(cè)器的側(cè)壁而安置。該隔離層不沿著該渠溝的其余底部部分及相對(duì)側(cè)壁安置。另一淺渠溝隔離區(qū)橫向地鄰近于每一像素中的其它電組件或包圍每一像素中的其它電組件。這些其它電組件可包括電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)及一或多個(gè)晶體管的源極/漏極植入?yún)^(qū)。隔離層不沿著鄰近于像素中的這些其它電組件的渠溝的底部及側(cè)壁安置。


圖1描繪根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器中通常所使用的像素的俯視圖；圖2說(shuō)明沿著圖1中的線A-A的橫截面圖，其描繪現(xiàn)有技術(shù)的像素結(jié)構(gòu)；圖3描繪沿著圖1中的線B-B的橫截面圖，其描繪現(xiàn)有技術(shù)的像素結(jié)構(gòu)；圖4為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的圖像捕捉裝置的簡(jiǎn)化方塊圖；圖5為適合用作圖4中所展示的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的圖像傳感器406的圖像傳感器的簡(jiǎn)化方塊圖；圖6說(shuō)明各自適合用作圖5中所展示的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的像素502的兩個(gè)示例性像素的俯視圖；圖7描繪沿著圖6中的線C-C的橫截面圖；圖8描繪沿著圖6中的線D-D的橫截面圖；圖9為用于制造根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的圖像傳感器中的成像區(qū)域的一部分的方法的流程圖；圖IOA至圖IOD描繪用于產(chǎn)生圖7中所展示的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的STI區(qū)及隔離層714的方法；圖IlA至圖IlB說(shuō)明用于產(chǎn)生圖8中所展示的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的STI區(qū)及隔離層714的方法；及圖12為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的替代像素結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式貫穿說(shuō)明書及權(quán)利要求，除非上下文清楚指示其它意義，否則以下術(shù)語(yǔ)采用本文中明確相關(guān)聯(lián)的意義?！敢弧辜啊冈摗沟囊饬x包括對(duì)復(fù)數(shù)的引用，「在...中」的意義包括 「在...中」及「在...上」。術(shù)語(yǔ)「連接」表示所連接的項(xiàng)目的間的直接電連接，或經(jīng)由一或多個(gè)無(wú)源或有源中間裝置的間接連接。術(shù)語(yǔ)「電路」表示單一組件或連接在一起以提供所要功能的許多組件(有源或無(wú)源)。術(shù)語(yǔ)「信號(hào)」表示至少一電流、電壓、電荷或數(shù)據(jù)信號(hào)。另外，諸如「在...上」、「在...上方」、「頂部」、「底部」的方向術(shù)語(yǔ)是參考所描述的圖的定向來(lái)使用的。因?yàn)楸景l(fā)明的實(shí)施例的組件可定位于許多不同定向上，所以方向術(shù)語(yǔ)僅用于說(shuō)明目的而非限制目的。當(dāng)結(jié)合圖像傳感器晶片的層或?qū)?yīng)圖像傳感器使用時(shí)， 方向術(shù)語(yǔ)意欲廣義地解釋，且因此不應(yīng)被解譯為排除一或多個(gè)介入層或其它介入圖像傳感器特征或組件的存在。因此，本文中描述為形成于另一層上或形成于另一層上方的給定層可藉由一或多個(gè)額外層而與后一層分離。最后，術(shù)語(yǔ)「基板層」應(yīng)理解為基于半導(dǎo)體的材料，其包括(但不限于)硅、絕緣體上硅(SOI)技術(shù)、藍(lán)寶石上硅(S0Q技術(shù)、摻雜及未摻雜的半導(dǎo)體、外延層或形成于半導(dǎo)體基板上的井區(qū)或其它半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。參看圖示，相同數(shù)字在視圖中始終指示相同部件。圖4為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的圖像捕捉裝置的簡(jiǎn)化方塊圖。圖像捕捉裝置400 實(shí)施為圖4中的數(shù)字相機(jī)。熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者將認(rèn)識(shí)到，數(shù)字相機(jī)僅為可利用并有本發(fā)明的圖像傳感器的圖像捕捉裝置的一實(shí)例。其它類型的圖像捕捉裝置(諸如，蜂窩電話相機(jī)及數(shù)字視訊攝錄像機(jī))可供本發(fā)明使用。在數(shù)字相機(jī)400中，來(lái)自主題場(chǎng)景的光402輸入至成像級(jí)404。成像級(jí)404可包括常規(guī)組件，諸如透鏡、中性密度濾光器、光圈及快門。光402由成像級(jí)404聚焦以在圖像傳感器406上形成圖像。圖像傳感器406藉由將入射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)來(lái)捕捉一或多個(gè)圖像。 數(shù)字相機(jī)400進(jìn)一步包括處理器408、存儲(chǔ)器410、顯示器412及一或多個(gè)額外輸入/輸出 (I/O)組件414。雖然在圖4的實(shí)施例中展示為單獨(dú)組件，但成像級(jí)404可與圖像傳感器 406整合，且可能與數(shù)字相機(jī)400的一或多個(gè)額外組件整合以形成一緊湊型相機(jī)模塊。處理器408可實(shí)施(例如)為微處理器、中央處理單元(CPU)、專用集成電路 (ASIC)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或其它處理裝置，或多個(gè)此等裝置的組合。成像級(jí)404及圖像傳感器406的各種組件可由自處理器408供應(yīng)的時(shí)序信號(hào)或其它信號(hào)控制。存儲(chǔ)器410可以任何組合配置為任何類型的存儲(chǔ)器，諸如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、 只讀存儲(chǔ)器(ROM)、閃存、基于磁盤的存儲(chǔ)器、可抽換式存儲(chǔ)器或其它類型的儲(chǔ)存組件。藉由圖像傳感器406捕捉的給定圖像可藉由處理器408儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器410中，且在顯示器412 上呈現(xiàn)。顯示器412通常為有源矩陣彩色液晶顯示器(IXD)，但可使用其它類型的顯示器。 額外I/O組件414可包括(例如)各種屏幕上控件、按鈕或其它用戶接口、網(wǎng)絡(luò)接口或記憶卡接口。將了解，圖4中所展示的數(shù)字相機(jī)可包含熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者已知的類型的額外或替代組件。本文中未特定展示或描述的組件可選自此項(xiàng)技術(shù)中熟知的組件。如先前所指示， 本發(fā)明可在多種圖像捕捉裝置中實(shí)施。再者，本文中所描述的實(shí)施例的某些方面可至少部分地以由圖像捕捉裝置的一或多個(gè)處理組件執(zhí)行的軟件的形式實(shí)施。如熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者將了解，給定本文中所提供的教示，此軟件可以直接方式實(shí)施?，F(xiàn)參看圖5，其展示適合用作圖4中所展示的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的圖像傳感器406的圖像傳感器的簡(jiǎn)化方塊圖。圖像傳感器500通常包括形成成像區(qū)域504的像素 502的陣列。圖像傳感器500進(jìn)一步包括列解碼器506、行解碼器508、數(shù)字邏輯510及模擬或數(shù)字輸出電路512。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，圖像傳感器500被實(shí)施為背照式或前照式互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CM0Q圖像傳感器。因此，列解碼器506、行解碼器508、數(shù)字邏輯 510及模擬或數(shù)字輸出電路512被實(shí)施為電連接至成像區(qū)域504的標(biāo)準(zhǔn)CMOS電子電路。與成像區(qū)域504的取樣和讀出及對(duì)應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的處理相關(guān)聯(lián)的功能性可至少部分地以儲(chǔ)存于存儲(chǔ)器410中且藉由處理器408(參見圖4)執(zhí)行的軟件的形式實(shí)施。取樣和讀取電路的部分可配置在圖像傳感器406外部，或與成像區(qū)域504整合地形成，例如，與光偵測(cè)器及成像區(qū)域的其它組件整合地形成于共同集成電路上。熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者將認(rèn)識(shí)到， 在根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例中可實(shí)施其它外圍電路配置或架構(gòu)。圖6說(shuō)明適合用作圖5中所展示的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的像素502的兩個(gè)示例性鄰近像素的俯視圖。像素600各自包括如圖1中所展示的光偵測(cè)器(PD) 102、具有轉(zhuǎn)移柵極(TG)及接點(diǎn)108的轉(zhuǎn)移晶體管、電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)(FD) 106、具有重設(shè)柵極(RG) 104的重設(shè)晶體管、具有柵極110的放大器晶體管(SF)、具有柵極及接點(diǎn)112的行選擇晶體管、VDD 及V0UT。為簡(jiǎn)單起見，在圖6中省略將電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106連接至放大器晶體管(SF)的柵極110的信號(hào)線111。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，放大器晶體管(SF)被實(shí)施為源極跟隨器晶體管，且電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)被實(shí)施為浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)。轉(zhuǎn)移晶體管、電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106、重設(shè)晶體管、行選擇晶體管、放大器晶體管、 VDD及VOUT為可包括于像素600中的電組件的實(shí)例。根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例可省略這些所說(shuō)明的電組件中的一或多者?；蛘撸袼乜砂ǜ?、額外或不同類型的電組件。電荷收集及自像素600的讀出與參看圖1所描述的電荷收集及讀出相同。淺渠溝隔離區(qū)(STI)如在現(xiàn)有技術(shù)中那樣包圍光偵測(cè)器102及其它電組件，但η型隔離層602僅包圍STI區(qū)中緊鄰光偵測(cè)器102的部分，如將結(jié)合圖7及圖8加以更詳細(xì)描述的。圖7描繪沿著圖6中的線C-C的橫截面圖。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，像素600 包括一起形成光偵測(cè)器102的儲(chǔ)存區(qū)700及釘扎層702。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，儲(chǔ)存區(qū)700 用具有P導(dǎo)電類型的一或多種摻雜劑摻雜，而釘扎層702用具有η導(dǎo)電類型的一或多種摻雜劑摻雜。像素600進(jìn)一步包括電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106。轉(zhuǎn)移柵極(TG) 704安置于光偵測(cè)器 102與電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106之間。當(dāng)將一適當(dāng)信號(hào)施加至接點(diǎn)108時(shí)，在儲(chǔ)存區(qū)700中收集的電荷轉(zhuǎn)移至電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106。光偵測(cè)器102及電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106安置于硅半導(dǎo)體層706中。硅半導(dǎo)體層 706具有η導(dǎo)電類型，且可實(shí)施為橫越成像區(qū)域(例如，成像區(qū)域504)的層或?qū)嵤榫?。電壓供?yīng)VDD連接至硅半導(dǎo)體層706。硅半導(dǎo)體層706安置于基板層708上方。在圖7實(shí)施例中，基板層708實(shí)施為安置于基板712上方的外延層710。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，外延層710及基板712均具有P導(dǎo)電類型。在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例中，基板712可實(shí)施為具有η導(dǎo)電類型的塊狀基板。淺渠溝隔離區(qū)(STI)714安置于硅半導(dǎo)體層706中。每一 STI區(qū)包括用介電材料 720填充的渠溝716、718。具有η導(dǎo)電類型的隔離層602僅部分地包圍緊鄰于光偵測(cè)器102 且包圍光偵測(cè)器102的STI區(qū)714。隔離層602沿著底部渠溝716的一部分且沿著渠溝716 的僅一側(cè)安置。特別是，隔離層602沿著渠溝716的緊鄰于儲(chǔ)存區(qū)700及釘扎層702的底部的部分及側(cè)面安置。僅沿著渠溝716的底部的僅一部分且沿著渠溝716的緊鄰于光偵測(cè)器102的側(cè)壁形成隔離層602抑制鄰近于光偵測(cè)器的STI側(cè)壁或接口的暗電流。另外，隔離層602不沿著渠溝716的其余底部部分及另一側(cè)壁、且不沿著緊鄰于電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106的STI區(qū)的渠溝718的側(cè)壁及底部安置。因?yàn)樵谶@些區(qū)域沒(méi)有隔離層602，所以電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū) 106的電容及像素600中的其它晶體管(例如，重設(shè)晶體管、源極跟隨器晶體管、行選擇晶體管)的特性不受隔離層602的不利影響。自渠溝718的側(cè)壁及底部移除η+隔離層602的另一優(yōu)點(diǎn)為場(chǎng)效晶體管(FET)有效寬度的增加。FET寬度可實(shí)體上拉至較小，其允許光偵測(cè)器102的寬度拉至較大，藉此增加像素填充因子。現(xiàn)參看圖8，其展示沿著圖6中的線D-D的橫截面圖。淺渠溝隔離區(qū)714安置于硅半導(dǎo)體層706中。緊鄰于光偵測(cè)器102且包圍光偵測(cè)器102的STI區(qū)714包括具有η導(dǎo)電類型的隔離層602。隔離層602僅部分地包圍緊鄰于光偵測(cè)器102的STI區(qū)714。隔離層 602沿著渠溝716的緊鄰于儲(chǔ)存區(qū)700及釘扎層702的底部的部分及側(cè)面安置。隔離層602不沿著渠溝716的不緊鄰于光偵測(cè)器102的底部的部分及另一側(cè)壁安置。隔離層602亦不沿著渠溝718的側(cè)壁及底部安置。圖9為用于制造根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的圖像傳感器中的成像區(qū)域的一部分的方法的流程圖。最初，在基板層708中形成硅半導(dǎo)體層706(塊900)。當(dāng)基板層包括安置于基板上方的外延層時(shí)，在外延層(例如，外延層710)中形成硅半導(dǎo)體層706。接下來(lái)，如塊902中所展示，在硅半導(dǎo)體層706中形成STI區(qū)714及隔離層602。 用于產(chǎn)生STI區(qū)714及隔離層602的過(guò)程將結(jié)合圖10及圖11加以更詳細(xì)描述。如塊904中所展示，接著形成像素中的晶體管的柵極。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中， 這些柵極可包括轉(zhuǎn)移柵極(TG)、重設(shè)柵極(RG)、放大器晶體管的柵極及行選擇晶體管的柵極。接下來(lái)，如塊906中所展示，形成植入?yún)^(qū)。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，該植入?yún)^(qū)包括儲(chǔ)存區(qū)700、電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106、其它源極/漏極區(qū)及釘扎層702。熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者將認(rèn)識(shí)到，像素或成像區(qū)域的其它特征及組件在圖9中所說(shuō)明的過(guò)程之前、與該過(guò)程同時(shí)或在該過(guò)程之后產(chǎn)生。此外，成像區(qū)域(例如，圖5中的區(qū)域504) 外的特征及組件可在圖9中所說(shuō)明的過(guò)程之前、與該過(guò)程同時(shí)或在該過(guò)程之后制造。圖IOA至圖IOD描繪用于產(chǎn)生圖7中所展示的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的STI區(qū)及隔離層714的方法。圖IOA至圖IOD中所展示的過(guò)程不欲說(shuō)明圖像傳.感器或像素的制造技術(shù)的全部。熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者將認(rèn)識(shí)到，可在圖IOA至圖IOD中所展示的技術(shù)的間實(shí)施其它過(guò)程。圖IOA說(shuō)明在η型硅半導(dǎo)體層706形成于ρ型外延層710中之后且在渠溝716、 718形成于層706中之后的像素。藉由將具有η導(dǎo)電類型的摻雜劑植入至外延層710中來(lái)產(chǎn)生η型硅半導(dǎo)體層706。藉由使用本領(lǐng)域中已知的技術(shù)蝕刻η型層706來(lái)形成渠溝716、 718。方框1000表示硅半導(dǎo)體層706中的隨后將形成光偵測(cè)器的區(qū)域。方框1002表示硅半導(dǎo)體層706中的隨后將形成電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)的區(qū)域。如圖9中所展示，通常在已形成STI區(qū)與柵極之后形成光偵測(cè)器及其它植入?yún)^(qū)(諸如，電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)及源極/漏極植入?yún)^(qū))。接著在像素600上方形成掩模層1004，且將其圖案化以產(chǎn)生開口 1006(圖10B)。 開口 1006暴露渠溝716及η型硅半導(dǎo)體層706的一部分。開口 1102中所暴露的渠溝716 的底部的部分及渠溝716的側(cè)壁為渠溝716的緊鄰于待形成的PD(由方框1000表示)的部分。如箭頭所表示，將η型摻雜劑植入至開口 1006中。該η型摻雜劑通常具有高摻雜劑濃度。植入的摻雜劑沿著渠溝716的底部的一部分及渠溝716的緊鄰于方框1000的側(cè)壁形成η型隔離層602。接著移除掩模層1004，且在η型硅半導(dǎo)體層706的表面上方形成介電材料1008以填充渠溝716、718。自η型層706的表面移除介電材料1008，直至介電材料1008僅填充渠溝716、718。圖IOC中說(shuō)明此等過(guò)程。接著在像素600上方形成掩模層1010，且將其圖案化以產(chǎn)生開口 1012(圖10D)。 如箭頭所表示，將η型摻雜劑植入至開口 1012中。該η型摻雜劑通常具有比圖IOB中所植入的摻雜劑低的摻雜劑濃度。植入的摻雜劑使側(cè)壁表面與η型硅半導(dǎo)體層706及η型隔離層602之間的界面鈍化。圖IOD中所描繪的過(guò)程為選用的，且在根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例中并不執(zhí)行?，F(xiàn)參看圖1IA至圖1IB，其展示用于產(chǎn)生圖8中所展示的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的STI區(qū)714及隔離層602的方法。圖IlA描繪在η型硅半導(dǎo)體層706形成于ρ型外延層 710中之后且在渠溝716、718形成于層706中之后的像素。接著在像素600上方形成掩模層1100，且將其圖案化以產(chǎn)生開口 1102(圖11B)。開口 1102暴露渠溝716及η型硅半導(dǎo)體層706的一部分。開口 1102中所暴露的渠溝716的底部的部分及渠溝716的側(cè)壁為渠溝716的緊鄰于待形成的PD (由方框1000表示)的部分。并不針對(duì)渠溝718形成開口，且渠溝718保持由掩模層1100覆蓋。如箭頭所表示，接著經(jīng)由開口 1102將η型摻雜劑植入至硅半導(dǎo)體層706中。該η 型摻雜劑通常具有高摻雜劑濃度。植入的摻雜劑僅沿著渠溝716的底部的部分及渠溝716 的一個(gè)側(cè)壁形成η型隔離層602。在硅半導(dǎo)體層706中形成緊鄰于將形成光偵測(cè)器的區(qū)域的隔離層602。摻雜劑未被植入至渠溝716的其它部分中及渠溝718的側(cè)壁及底部中，因?yàn)榍?716的其它部分及渠溝718由掩模層1100覆蓋。因此，η型隔離層不沿著渠溝716的底部的其它部分、不沿著渠溝716的不緊鄰于將形成光偵測(cè)器的區(qū)域的側(cè)壁形成，且不沿著渠溝718的側(cè)壁及底部形成。如先前所描述，形成隔離層602的摻雜劑通常系在將介電層安置于渠溝中之前植入至渠溝中。一般而言，隔離層植入僅在圖像傳感器的成像區(qū)域(例如，圖5中的成像區(qū)域504)中執(zhí)行。成像區(qū)域中的植入為無(wú)圖案化或無(wú)屏蔽的植入，其意謂成像區(qū)域中的所有 STI區(qū)接收隔離層植入。經(jīng)圖案化的掩模層用以在隔離層植入期間僅覆蓋成像區(qū)域外的區(qū)域。因此，本發(fā)明并未因在成像區(qū)域中使用掩模層(圖IOB中的層1004 ；圖11中的層1100) 而使制造成本增加，這是因?yàn)樵撗谀涌蔀榕c用以覆蓋成像區(qū)域外的區(qū)域的掩模層相同的掩模層。圖12為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的替代像素結(jié)構(gòu)的橫截面圖。除了使用井1200替代STI區(qū)之外，圖12中所展示的像素結(jié)構(gòu)與圖8中所描繪的像素結(jié)構(gòu)相同。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，井1200用具有η導(dǎo)電類型的一或多種摻雜劑摻雜。井1200橫向地鄰近于電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106(在與STI區(qū)714相對(duì)的側(cè)上)安置于硅半導(dǎo)體層706中。井1200用以隔離電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106與鄰近像素中的其它電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)及組件。與圖8實(shí)施例一樣，η+隔離層602不存在于井1200及緊鄰于電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106的渠溝716的部分周圍。本發(fā)明已特定地參考其特定較佳實(shí)施例加以詳細(xì)描述，但將理解，在本發(fā)明的精神及范疇內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)各種改變及修改。舉例而言，像素600的特征已參考特定導(dǎo)電類型加以描述。在根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例中，可使用相反導(dǎo)電類型。另外，在根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例中，可省略或共享像素600中所說(shuō)明的特征中的一些。舉例而言，釘扎層702不必包括于像素中。在根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例中，放大器晶體管(SF)或電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)106可由兩個(gè)或兩個(gè)以上像素共享。而且，盡管本文中已描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但應(yīng)注意，本申請(qǐng)不限于此等實(shí)施例。特別是，關(guān)于一實(shí)施例所描述的任何特征亦可在其它實(shí)施例中使用(若兼容)。而且，不同實(shí)施例的特征可交換(若兼容)。部件列表100 像素102光偵測(cè)器104 接點(diǎn)106電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)108 接點(diǎn)110源極跟隨器晶體管的柵極111信號(hào)線112 接點(diǎn)114隔離層200釘扎層202儲(chǔ)存區(qū)204 層206基板層208淺渠溝隔離210介電材料400圖像捕捉裝置/數(shù)字相機(jī)402 光404成像級(jí)406圖像傳感器408處理器410存儲(chǔ)器412顯示器414其它輸入/輸出(I/O)500圖像傳感器
502 像素504成像區(qū)域506列解碼器508行解碼器510數(shù)字邏輯512模擬或數(shù)字輸出電路600 像素602隔離層700儲(chǔ)存區(qū)702釘扎層704轉(zhuǎn)移柵極706硅半導(dǎo)體層708基板層710外延層712 基板714淺渠溝隔離716 渠溝718 渠溝720介電材料1000將形成光偵測(cè)器的區(qū)域1002將形成電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)的區(qū)域1004 掩模層1006 開口1008介電材料1010 掩模層1012 開口1100 掩模層1102 開口1200 井RG重設(shè)柵極RS行選擇晶體管SF放大器晶體管STI淺渠溝隔離TG轉(zhuǎn)移柵極VDD電壓供應(yīng)VOUT 輸出端
權(quán)利要求
1.一種包含具有多個(gè)像素的成像區(qū)域的圖像傳感器，其中至少一個(gè)像素包含 光偵測(cè)器，其包括安置于具有第二導(dǎo)電類型的層中的具有第一導(dǎo)電類型的儲(chǔ)存區(qū)； 第一淺渠溝隔離區(qū)，其安置于實(shí)施具有第二導(dǎo)電類型的層中、橫向地鄰近于所述儲(chǔ)存區(qū)，其中所述第一淺渠溝隔離區(qū)包含形成于所述具有第二導(dǎo)電類型的層中的用介電材料填充的渠溝；及具有所述第二導(dǎo)電類型的隔離層，其僅部分地沿著所述渠溝的底部且僅沿著所述渠溝的緊鄰于所述儲(chǔ)存區(qū)的側(cè)壁安置。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，還包含安置于所述具有第二導(dǎo)電類型的層中的具有所述第一導(dǎo)電類型的電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)，及安置于所述儲(chǔ)存區(qū)與所述電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)的間的轉(zhuǎn)移柵極。
3.如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其特征在于，還包含安置于所述具有第二導(dǎo)電類型的層中的、橫向地鄰近于所述電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)的第二淺渠溝隔離區(qū)，其中所述第二淺渠溝隔離區(qū)包含形成于所述具有第二導(dǎo)電類型的層中的用介電材料填充的渠溝，且其中具有所述第二導(dǎo)電類型的隔離層不沿著該渠溝的側(cè)壁及底部安置。
4.如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其特征在于，還包含具有所述第二導(dǎo)電類型的井， 所述井安置于所述具有第二導(dǎo)電類型的層中、橫向地鄰近于所述電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)。
5.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，還包含具有所述第二導(dǎo)電類型的釘扎層，所述釘扎層安置于所述儲(chǔ)存區(qū)上方且連接至僅沿著所述渠溝的緊鄰于所述儲(chǔ)存區(qū)的側(cè)壁安置的所述隔離層。
6.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述圖像傳感器安置于圖像捕捉裝置中。
7.一種包含具有多個(gè)像素的成像區(qū)域的圖像傳感器，其中至少一個(gè)像素包含 光偵測(cè)器，其包括安置于具有第二導(dǎo)電類型的層中的具有第一導(dǎo)電類型的儲(chǔ)存區(qū)； 具有所述第一導(dǎo)電類型的電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)，其安置于所述具有第二導(dǎo)電類型的層中；轉(zhuǎn)移柵極，其安置于所述光偵測(cè)器與所述電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)之間； 第一淺渠溝隔離區(qū)，其安置于所述具有第二導(dǎo)電類型的層中、橫向地鄰近于所述儲(chǔ)存區(qū)，其中所述第一淺渠溝隔離區(qū)包含形成于所述具有第二導(dǎo)電類型的層中的用介電材料填充的渠溝；具有所述第二導(dǎo)電類型的隔離層，其僅部分地沿著所述渠溝的底部且僅沿著所述渠溝的緊鄰于所述儲(chǔ)存區(qū)的側(cè)壁安置；及第二淺渠溝隔離區(qū)，其安置于所述具有第二導(dǎo)電類型的層中、橫向地鄰近于所述電荷轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換區(qū)，其中所述第二淺渠溝隔離區(qū)包含形成于所述具有第二導(dǎo)電類型的層中的用介電材料填充的渠溝，且具有所述第二導(dǎo)電類型的隔離層不沿著該渠溝的底部及側(cè)壁安置。
8.如權(quán)利要求7所述的圖像傳感器，其特征在于，還包含具有所述第二導(dǎo)電類型的釘扎層，所述釘扎層安置于所述儲(chǔ)存區(qū)上方且連接至僅沿著所述渠溝的緊鄰于所述儲(chǔ)存區(qū)的側(cè)壁安置的所述隔離層。
全文摘要
第一淺渠溝隔離區(qū)橫向地鄰近于光偵測(cè)器而安置于硅半導(dǎo)體層中，同時(shí)第二淺渠溝隔離區(qū)橫向地鄰近于像素中的其它電組件而安置于該硅半導(dǎo)體層中。該第一淺渠溝隔離區(qū)及該第二淺渠溝隔離區(qū)各自包括安置于該硅半導(dǎo)體層中的用介電材料填充的渠溝。具有第二導(dǎo)電性的隔離層僅沿著渠溝的緊鄰于光偵測(cè)器的底部部分且僅沿著渠溝的緊鄰于光偵測(cè)器的側(cè)壁安置。該隔離層不沿著鄰近光偵測(cè)器的該渠溝的底部的其它部分及鄰近光偵測(cè)器的該渠溝的另一側(cè)壁安置。該隔離層不沿著鄰近于其它電組件的渠溝的底部及側(cè)壁安置。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102446941SQ20111030787
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者E·G·史蒂文斯, H·Q·多恩, R·M·蓋達(dá)施 申請(qǐng)人:美商豪威科技股份有限公司