[發(fā)明專利]圖像傳感器像素及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680022212.3
• 申請日: 2006-06-14
• 公開（公告）號: CN101203959A
• 公開（公告）日: 2008-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 樸哲秀
• 申請（專利權(quán)）人: （株）賽麗康;樸哲秀
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 余朦;方挺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像傳感器像素的結(jié)構(gòu)及其制造方法，更具體地，涉及包括晶體管的有源元件的有源像素型互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。

背景技術(shù)

圖像傳感器通過利用半導(dǎo)體器件對外界能量(例如光子)作出響應(yīng)的特性而采集圖像。每個自然界中存在的物體產(chǎn)生的光均具有獨特能量值，例如在波長方面。從每個物體上產(chǎn)生的光由圖像傳感器的像素感測進而轉(zhuǎn)換為電學(xué)值。圖像傳感器的像素的一個示例為4晶體管CMOS的有源像素。

圖1是圖像傳感器的電路圖，其由四個晶體管110至140及一個二極管190組成。圖像傳感器的電路操作如下。首先，對于復(fù)位期，光電二極管190響應(yīng)于RX信號和TX信號而復(fù)位。聚集于光電二極管的光被轉(zhuǎn)換為電信號，進而通過傳輸晶體管110、激勵晶體管130、和選擇晶體管140將該電信號傳輸至輸出節(jié)點Vout。

圖2是形成在半導(dǎo)體襯底上的CMOS圖像傳感器的平面圖。圖3是圖2沿X-X′線剖開的剖視圖。

現(xiàn)將參照圖2和圖3，對傳統(tǒng)的圖像傳感器像素進行描述。

受剖開方向的限制，在圖3中未示出圖2中的激勵晶體管130和選擇晶體管140。在圖2和圖3中，相同的標(biāo)號表示相同的元件。

圖像傳感器需要對光能敏感。因而，半導(dǎo)體襯底101可為具有較低漏電流的外延生長襯底。

傳輸晶體管110和復(fù)位晶體管120之間的節(jié)點由金屬層125通過接觸層連接至激勵晶體管130的柵極。

P阱保護層150防止圖3的P阱151在將要形成光電二極管190的區(qū)域上形成。

PDN層160通過對光電二極管190的陰極進行N型雜質(zhì)的離子注入而形成。PDP層180通過對光電二極管190的陽極進行P型雜質(zhì)的離子注入而形成。PN結(jié)形成在PDN層160與PDP層180彼此重疊的區(qū)域，因此形成光電二極管190的面積。

雖然未在圖3中示出，但是光電二極管190和傳輸晶體管110的源區(qū)通過PDC層185連接。

同時，隨著半導(dǎo)體的技術(shù)的發(fā)展，圖像傳感器像素及光電二極管的尺寸縮小。此外，增加了與半導(dǎo)體襯底重疊的絕緣層的數(shù)量及金屬布線層的數(shù)量。因此，像素表面和光電二極管間的距離增大，進而減少了聚集于像素的光電二極管190的光。因此，降低了圖像傳感器的圖像質(zhì)量。

為了解決以上問題，在傳統(tǒng)的方法中，將凸透鏡形式的微透鏡形成在濾色鏡上，該濾色鏡是形成的像素的最高層，以使得能將進入圖像傳感器的入射光聚集，進而增加到達(dá)光電二極管190的光。

已普遍發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用大的光電二極管以提供足夠數(shù)量的光時，在圖像傳感器中能得到更好的圖像質(zhì)量。填充因數(shù)被定義為光電二極管在整個像素區(qū)域上占據(jù)的面積。像素的特性可利用填充因數(shù)來估測。

如圖2所示，在傳統(tǒng)的有源像素中，因為必須將光電二極管190和晶體管110至140設(shè)置在一個平面上，所以填充因數(shù)僅為6-16％。因此，光敏度降低、相鄰像素間的距離減小、并且串?dāng)_增加，從而產(chǎn)生很多噪聲。

此外，參照圖2，晶體管110至140及場氧化層195形成在單位像素內(nèi)除了用于形成光電二極管190的區(qū)域之外的特定區(qū)域。這是因為必須要首先形成晶體管110至140，然后場氧化層195被用來將晶體管110至140彼此分開。

因此，在本發(fā)明中，在圖像傳感器的單位像素內(nèi)，除了由光電二極管190及晶體管110至140占據(jù)的區(qū)域之外，能夠有效地利用場氧化層195的下部區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題

為了解決上述問題，本發(fā)明的一個目的在于提供一種圖像傳感器像素及其制造方法，在所述圖像傳感器像素中的有限范圍內(nèi)可增加光電二極管的面積。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種圖像傳感器像素，其中光電二極管在半導(dǎo)體襯底的溝槽區(qū)形成從而實現(xiàn)較高的填充因數(shù)。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種圖像傳感器像素，其將相鄰像素間的串?dāng)_減到最少。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種圖像傳感器像素，在其中能夠在有限的像素尺寸內(nèi)構(gòu)造占據(jù)更大面積的光電二極管，從而得到高的靈敏度。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種不需要微透鏡的圖像傳感器像素。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種圖像傳感器像素，使用所述圖像傳感器的像素的電子裝置能夠提高其性能，并且消費者能夠得到具有競爭力的價格。

技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種圖像傳感器像素，包括：埋入半導(dǎo)體襯底內(nèi)部的光電二極管；以及在所述光電二極管形成之后形成的像素晶體管。