[發明專利]像素單元及其制造方法以及成像裝置

在審

• 申請號: 201810065946.4
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108281441A
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 陳世杰;吳罰;黃曉櫓
• 申請（專利權）人: 德淮半導體有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 邊海梅

本公開涉及像素單元及其制造方法以及成像裝置。像素單元可以包括襯底，該襯底包括用于光電器件的第一部分和用于與光電器件耦合的晶體管的第二部分。第一部分包括第一摻雜區。第二部分包括：與第一摻雜區相鄰的溝道形成區，其中溝道形成區的導電類型與第一摻雜區的導電類型相反；以及與所述溝道形成區相鄰的第二摻雜區。像素單元還包括在襯底之上的第一絕緣層，其中第一絕緣層至少覆蓋第一部分的一部分并且至少覆蓋第二部分的溝道形成區；在溝道形成區之上的柵極結構；以及在第一絕緣層在第一部分的所述一部分上形成的偏置電極結構。

技術領域

本公開涉及像素單元及其制造方法以及成像裝置。

背景技術

圖像傳感器可用于對輻射(例如，光輻射，包括但不限于可見光、紅外線、紫外線等)進行感測，從而生成對應的電子信號。圖像傳感器被廣泛地應用在數碼相機和其他電子光學設備中。

在CMOS圖像傳感器(CMOS Image Sensor，CIS)產品中，暗電流是一個重要的性能參數。暗電流主要發生在硅表面，并且主要是由缺陷、懸掛鍵、位錯或者金屬沾污而造成的。

目前，防止表面暗電流發生的主要方式有兩種，一種方式是進行P型雜質的摻雜，即在光電二極管表面進行P型摻雜，形成釘扎光電二極管(pinned photo diode，PPD)，從而將硅表面與光電二極管進行隔離，從而阻止暗電流的發生；另一種方式是通過向表面施加負偏壓的方式來改變硅表面的電勢，從而阻止暗電流的發生。在利用摻雜的方式防止暗電流發生時，由于進行P型摻雜離子注入會產生一個耗盡層，該耗盡層會降低光電二極管的滿阱容量(full well capacity)。

因此，需要提出一種新的技術來解決上述現有技術中的一個或多個問題。

發明內容

本公開的一些實施例的一個目的是提供一種新穎的技術，以在抑制暗電流的同時增大滿阱容量，從而提高成像質量。

本公開的實施例的另一個目的是提供一種新穎的像素單元及其制造方法以及包含該像素單元的成像裝置。

根據本公開的實施例，通過在光電器件的表面上方形成偏置電極結構來抑制暗電流，改善圖像質量。具體而言，在光電器件的表面上方覆蓋調節絕緣層(例如，高k電介質材料)并且在該調節絕緣層上形成導電材料來形成偏置電極結構。通過覆蓋調節絕緣層，可以調節硅表面的電子勢壘，降低電子在硅表面進行能級躍遷從而減小形成暗電流的發生幾率，從而抑制暗電流，改善圖像質量。通過向該偏置電極結構施加偏壓(例如負偏壓)，可以改變硅表面的電勢，從而進一步抑制暗電流，改善圖像質量。同時因為不使用PPD結構，光電器件的滿阱容量得以增大。

根據本公開的一個方面，提供了一種像素單元，其特征在于，包括：襯底，包括用于光電器件的第一部分和用于與所述光電器件耦合的晶體管的第二部分，其中所述第一部分包括第一摻雜區；所述第二部分包括：與所述第一摻雜區相鄰的溝道形成區，其中所述溝道形成區的導電類型與所述第一摻雜區的導電類型相反，以及與所述溝道形成區相鄰的第二摻雜區；在所述襯底之上的第一絕緣層，其中所述第一絕緣層至少覆蓋所述第一部分的一部分并且至少覆蓋所述第二部分的溝道形成區；在所述溝道形成區之上的柵極結構；以及在所述第一絕緣層在所述第一部分的所述一部分上形成的偏置電極結構。

根據本公開的另一方面，提供了一種成像裝置，其特征在于，其包括根據上面所述的以及下面將更詳細說明的任意實施例的像素單元。