[發(fā)明專利]像素、相關(guān)的圖像傳感器和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010947336.4
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112825323A
• 公開（公告）日: 2021-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 臧輝;楊存宇;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、低κ電介質(zhì)和半導(dǎo)體襯底中的光電二極管區(qū)域。半導(dǎo)體襯底具有形成溝槽的襯底頂表面。溝槽延伸到半導(dǎo)體襯底中并且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。低κ電介質(zhì)在溝槽深度與相對于平面區(qū)域的低κ深度之間的溝槽中。低κ深度小于溝槽深度。光電二極管區(qū)域在半導(dǎo)體襯底中并且包括(i)在溝槽下方的底部光電二極管部分和(ii)與溝槽相鄰的頂部光電二極管部分。頂部光電二極管部分在相對于平面區(qū)域小于低κ深度的光電二極管深度處開始，并且朝向底部光電二極管部分延伸并且鄰接底部光電二極管部分。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種像素、相關(guān)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、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照相機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，一種增加相機的最大可達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散區(qū)域的電勢。到達光電二極管區(qū)域的光生成光電子。導(dǎo)通轉(zhuǎn)移柵形成導(dǎo)電溝道，該導(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

盡管垂直轉(zhuǎn)移柵能夠?qū)崿F(xiàn)增加的像素密度，但具有垂直轉(zhuǎn)移柵的像素易受電子傳輸滯后和暗電流的影響，這兩者均產(chǎn)生圖像偽影。電子傳輸滯后可在靜止圖像中創(chuàng)建黑點，在視頻中創(chuàng)建重影圖像。暗電流在圖像中產(chǎn)生明亮的偽像。本文公開的實施例改善了這些問題。

一種像素，包括半導(dǎo)體襯底、低κ電介質(zhì)和半導(dǎo)體襯底中的光電二極管區(qū)域。半導(dǎo)體襯底具有形成溝槽的襯底頂表面。溝槽延伸到半導(dǎo)體襯底中并且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。低κ電介質(zhì)在溝槽深度和低κ深度之間的溝槽中。低κ深度相對于平面區(qū)域小于溝槽深度。光電二極管區(qū)域在半導(dǎo)體襯底中并且包括(i)在溝槽下方的底部光電二極管部分和(ii)與溝槽相鄰的頂部光電二極管部分。頂部光電二極管部分從相對于平面區(qū)域小于低κ深度的光電二極管深度處開始，并且朝向底部光電二極管部分延伸并鄰接底部光電二極管部分。

一種像素制造方法，包括使用蝕刻終止層為溝槽的表面做襯里。溝槽延伸到半導(dǎo)體襯底的頂表面中并且具有相對于圍繞溝槽的頂表面的平面區(qū)域的溝槽深度。半導(dǎo)體襯底包括位于與溝槽相鄰的光電二極管區(qū)域。光電二極管區(qū)域形成在光電二極管深度處并遠離平面區(qū)域延伸。相對于平面區(qū)域，光電二極管深度小于溝槽深度。方法還包括(a)使用低κ電介質(zhì)將溝槽部分地填充到相對于平面區(qū)域小于溝槽深度的低κ深度；(b)去除低κ深度與平面區(qū)域之間的蝕刻終止層；以及(c)在平面區(qū)域與低κ深度之間的深度處在溝槽的表面上沉積介電層。

附圖說明

圖1描繪對場景進行成像的相機。

圖2A是半導(dǎo)體襯底的剖面示意圖，半導(dǎo)體襯底是圖1的相機的半導(dǎo)體襯底的實施例。