[發(fā)明專利]像素、相關(guān)聯(lián)的圖像傳感器和方法

在審

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• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112825322A
• 公開（公告）日: 2021-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 臧輝;王勤;陳剛
• 申請（專利權(quán)）人: 豪威科技股份有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 宋融冰

一種像素包括半導(dǎo)體襯底、光電二極管區(qū)域、浮動擴(kuò)散區(qū)域和介電層。襯底具有形成溝槽的頂表面，溝槽由介電層做襯里，并且具有相對于頂表面的平面區(qū)域的溝槽深度。光電二極管區(qū)域在襯底中，并且包括在溝槽下方的底部光電二極管部分和與溝槽相鄰的頂部光電二極管部分，頂部光電二極管部分鄰接底部光電二極管部分，并且朝向平面區(qū)域延伸到小于溝槽深度的光電二極管深度。浮動擴(kuò)散區(qū)域與溝槽相鄰，并且具有小于溝槽深度的結(jié)深度。介電層的頂部區(qū)域在平面區(qū)域和結(jié)深度之間。介電層的底部區(qū)域在光電二極管深度和溝槽深度之間，并且比頂部區(qū)域厚。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種像素、相關(guān)聯(lián)的圖像傳感器及其制造方法。

背景技術(shù)

在諸如獨立數(shù)碼相機(jī)、移動設(shè)備、汽車部件和醫(yī)療設(shè)備的商業(yè)產(chǎn)品中的相機(jī)模塊包括圖像傳感器及其像素陣列。像素陣列包括多個像素。像素陣列的像素密度是圖像傳感器上每單位面積的像素的數(shù)量。在操作中，相機(jī)模塊的透鏡在圖像傳感器上形成其視場中的對象的圖像。對象可以被觀察為入射到相機(jī)上的多個無限小的照明點源-“脈沖”。透鏡將多個脈沖中的每個在像素陣列的平面處成像為多個點擴(kuò)展函數(shù)-“脈沖響應(yīng)”中的相應(yīng)一個。由圖像傳感器捕獲的圖像的分辨率部分地取決于與脈沖響應(yīng)的大小相比的像素大小。因此，一種增加相機(jī)的最大可達(dá)到的分辨率的方法是通過減小像素大小來增加像素密度。減小像素大小的動機(jī)已經(jīng)導(dǎo)致具有垂直轉(zhuǎn)移柵的像素的發(fā)展。

多個像素中的每個像素包括光電二極管區(qū)域、浮動擴(kuò)散區(qū)域和轉(zhuǎn)移柵。轉(zhuǎn)移柵控制從光電二極管區(qū)域到浮動擴(kuò)散區(qū)域的電流流動，并且可包括場效應(yīng)晶體管。光電二極管區(qū)域的電勢超過浮動擴(kuò)散區(qū)域的電勢。到達(dá)光電二極管區(qū)域的光生成光電子。導(dǎo)通轉(zhuǎn)移柵形成導(dǎo)電溝道，導(dǎo)電溝道允許積累的光電子從光電二極管區(qū)域轉(zhuǎn)移或流動到浮動擴(kuò)散區(qū)域。當(dāng)轉(zhuǎn)移柵被脈沖到關(guān)斷狀態(tài)時，勢壘高于光電二極管區(qū)域的勢壘，因此防止光電子流向浮動擴(kuò)散區(qū)域。

在一個常見的像素架構(gòu)中，光電二極管和浮動擴(kuò)散區(qū)域在像素內(nèi)在平行于像素陣列的平面的橫向方向上橫向移位，其中轉(zhuǎn)移柵在其間。此平面相對于與其垂直的垂直方向水平定向，垂直方向限定了到達(dá)像素陣列的正入射的方向。這種水平定向限制了像素密度可以被減小多少。因此，一種增加像素密度的方法是將光電二極管、轉(zhuǎn)移柵和浮動擴(kuò)散定向在具有垂直分量的方向上。這種轉(zhuǎn)移柵是垂直轉(zhuǎn)移柵的示例。

發(fā)明內(nèi)容

具有垂直轉(zhuǎn)移柵的像素的問題包括電子傳輸延遲和電子反向散射。本文公開的實施例改善了這些問題。

在第一方面，像素包括半導(dǎo)體襯底、光電二極管區(qū)域、浮動擴(kuò)散區(qū)域和介電層。半導(dǎo)體襯底具有形成延伸到半導(dǎo)體襯底中的溝槽的襯底頂表面。溝槽具有相對于圍繞溝槽的襯底頂表面的平面區(qū)域的溝槽深度。光電二極管區(qū)域在半導(dǎo)體襯底中并且包括在溝槽下方的底部光電二極管部分和頂部光電二極管部分。頂部光電二極管部分(a)與溝槽相鄰，(b)鄰接底部光電二極管部分，(c)在相對于平面區(qū)域小于溝槽深度的光電二極管深度處注入，以及(d)朝向底部光電二極管區(qū)域延伸并鄰接底部光電二極管區(qū)域。浮動擴(kuò)散區(qū)域在半導(dǎo)體襯底中，與溝槽相鄰，并且遠(yuǎn)離平面區(qū)域延伸到小于溝槽深度的結(jié)深度。介電層為溝槽做襯里。介電層的頂部區(qū)域在平面區(qū)域和結(jié)深度之間，并且具有頂部厚度。介電層的底部區(qū)域在光電二極管深度和溝槽深度之間，并且具有超過頂部厚度的底部厚度。