[發(fā)明專利]圖像傳感器中的部分埋入式溝道傳送裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310350125.2
• 申請日: 2013-08-13
• 公開（公告）號: CN103730397B
• 公開（公告）日: 2016-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳剛;戴幸志;毛杜立;傅振宏
• 申請（專利權(quán)）人: 全視科技有限公司
• 主分類號: H01L21/677
• 分類號: H01L21/677;H01L27/146
• 代理公司: 北京律盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11287
• 代理人: 齊楊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般來說涉及光學器件，且明確地說(但非排他地)涉及圖像傳感器。

背景技術(shù)

圖像傳感器廣泛用于數(shù)字靜物相機、蜂窩式電話、安全相機中以及醫(yī)療、汽車及其它應用中。使用互補金屬氧化物半導體(“CMOS”)技術(shù)來在硅襯底上制造較低成本的圖像傳感器。在大量圖像傳感器中，圖像傳感器通常包含數(shù)百個、數(shù)千個或甚至數(shù)百萬個光傳感器單元或像素。典型個別像素包含微透鏡、濾光器、光敏元件、浮動擴散區(qū)域及用于從光敏元件讀出信號的一個或一個以上晶體管。典型像素中所包含的晶體管中的一者通常稱為傳送晶體管，所述傳送晶體管包含安置于光敏元件與浮動擴散部之間的傳送柵極。所述傳送柵極安置于柵極氧化物上。光敏元件、浮動擴散區(qū)域及柵極氧化物安置于襯底上。

在典型像素的操作期間，當將偏置電壓施加到傳送柵極時可在所述傳送柵極下方形成導電溝道區(qū)域，以使得圖像電荷從光敏元件傳送到浮動擴散區(qū)域。然而，常規(guī)像素通常遭受圖像滯后、模糊及制造挑戰(zhàn)。

圖像滯后可由常規(guī)傳送晶體管不能從光敏元件移除所有信號以使得在像素的連續(xù)讀取期間殘留信號仍保留造成。保留于光敏元件中的此殘余信息通常稱為圖像滯后、殘留圖像、重影或幀間滯留。

模糊可由圖像的致使光生過剩電荷載子溢出到鄰近光敏元件中的高強度部分造成。在傳送晶體管的一種設(shè)計中，如在標準NMOS晶體管中，N摻雜的多晶硅柵極電極控制表面溝道晶體管。在此設(shè)計中，晶體管的閾值電壓為低的，且在積分周期期間通常需要施加負柵極偏置，且需要大的柵極電壓擺幅來最小化圖像滯后。在此情形中，模糊可產(chǎn)生且模糊可限制成像傳感器的動態(tài)范圍且可限制成像傳感器的商業(yè)應用的類型。

常規(guī)像素中的制造挑戰(zhàn)可起源于光敏元件相對于傳送柵極的位置敏感放置。放置的敏感性質(zhì)可導致各部分中的增加的缺陷及增加的制造成本。

發(fā)明內(nèi)容

本申請案的一方面提供一種圖像傳感器像素，其包括：光敏元件，其安置于襯底層中以用于響應于光而積累圖像電荷；浮動擴散(“FD”)區(qū)域，其安置于所述襯底層中以從所述光敏元件接收所述圖像電荷；及傳送裝置，其安置于所述光敏元件與所述FD區(qū)域之間以將所述圖像電荷從所述光敏元件選擇性地傳送到所述FD區(qū)域，所述傳送裝置包含：柵極，其安置于所述光敏元件與所述浮動擴散區(qū)域之間；埋入式溝道摻雜劑區(qū)域，其經(jīng)安置而鄰近于所述FD區(qū)域且在所述柵極下方；及表面溝道區(qū)域，其安置于所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域與所述光敏元件之間且安置于所述柵極下方。

本申請案的另一方面提供一種成像系統(tǒng)，其包括：成像像素陣列；及讀出電路，其耦合到所述成像像素陣列以從圖像傳感器像素中的每一者讀出圖像數(shù)據(jù)，其中所述成像像素陣列中的每一成像像素包含：光敏元件，其安置于襯底層中以用于響應于光而積累圖像電荷；浮動擴散(“FD”)區(qū)域，其安置于所述襯底層中以從所述光敏元件接收所述圖像電荷；及傳送裝置，其安置于所述光敏元件與所述FD區(qū)域之間以將所述圖像電荷從所述光敏元件選擇性地傳送到所述FD區(qū)域，所述傳送裝置包含：柵極，其安置于所述光敏元件與所述浮動擴散區(qū)域之間；埋入式溝道摻雜劑區(qū)域，其經(jīng)安置而鄰近于所述FD區(qū)域且在所述柵極下方；及表面溝道區(qū)域，其安置于所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域與所述光敏元件之間且安置于所述柵極下方。

本申請案的又一方面提供一種制作圖像傳感器像素的方法，所述方法包括：在半導體結(jié)構(gòu)上形成埋入式溝道裝置掩模，從而隔離埋入式溝道裝置將安置之處；使用高能量離子植入將第一摻雜劑植入到埋入式溝道摻雜劑區(qū)域中，其中包含所述第一摻雜劑的離子束在植入到所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域中之前行進通過多晶硅柵極，所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域安置于所述圖像傳感器像素的光敏元件與所述圖像傳感器像素的浮動擴散(“FD”)區(qū)域之間；移除所述埋入式溝道裝置掩模；在所述半導體結(jié)構(gòu)上形成表面溝道裝置掩模，從而隔離表面溝道裝置將安置之處；及將第二摻雜劑植入到表面溝道摻雜劑區(qū)域中，所述表面溝道摻雜劑區(qū)域安置于所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域與所述光敏元件之間。

附圖說明

參考以下各圖描述本發(fā)明的非限制性及非窮盡性實施例，其中除非另有規(guī)定，否則貫穿各個視圖相似參考編號指代相似部件。

圖1是包含常規(guī)傳送柵極結(jié)構(gòu)及常規(guī)光敏元件結(jié)構(gòu)的常規(guī)圖像傳感器像素的截面圖。

圖2是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖像傳感器的功能框圖。

圖3是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖像傳感器內(nèi)的兩個圖像傳感器像素的樣本像素電路的電路圖。