[發明專利]像素單元、包含其的成像系統及其制作方法

有效

• 申請號: 202011487295.1
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN113013186B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 王勤;崔雲
• 申請（專利權）人: 豪威科技股份有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H04N5/374;H04N5/3745;H04N5/378
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 劉媛媛

本發明涉及像素單元、包含其的成像系統及其制作方法。一種像素單元包含跨越源極跟隨器柵極的表面而形成的導電隧道觸點，所述隧道觸點具有第一端、第二端及介于所述第一端與所述第二端之間的中間部分。所述第一端耦合到浮動擴散部FD，所述第二端耦合到復位晶體管RST的第一經摻雜區域。所述隧道觸點形成為與所述源極跟隨器柵極的所述表面進行物理及電接觸達所述中間部分的長度，所述長度大體上等于所述源極跟隨器柵極的寬度。本發明還描述形成所述像素單元的方法。

技術領域

本發明一般來說涉及圖像傳感器，且特定來說但非排他地，涉及圖像傳感器中的互連結構。

背景技術

CMOS圖像傳感器(CIS)已變得無處不在。其廣泛地用于數碼靜態相機、蜂窩式電話、安全攝像機以及醫療、汽車及其它應用中。典型圖像傳感器響應于從外部場景反射的圖像光入射到圖像傳感器上而進行操作。圖像傳感器包含具有光敏元件(例如，光電二極管)的像素陣列，所述光敏元件吸收入射圖像光的一部分且在吸收圖像光后即刻產生圖像電荷。可作為每一光敏元件的輸出電壓而測量像素中的每一者的圖像電荷，所述輸出電壓依據入射圖像光而變化。換句話說，所產生的圖像電荷量與圖像光的強度成比例，所述圖像光用于產生表示外部場景的數字圖像(即，圖像數據)。

用于制造圖像傳感器的技術一直繼續快速地進展。對較高分辨率及較低電力消耗的需求已促進了這些裝置的進一步小型化及集成。結合對具有高動態范圍及低光敏感度的圖像傳感器的需求使得具有高轉換增益及高信噪比的像素單元的設計變得越來越具有挑戰性。

據信，低噪聲對圖像傳感器的弱光的檢測為重要的，且高轉換增益為實現低噪聲提供了一種途徑。常規地，浮動擴散部經由多個觸點而連接到像素單元的源極跟隨器柵極，所述多個觸點在由圖像傳感器芯片的層間介電層的介電材料環繞的金屬互連層中經由金屬線而彼此耦合。浮動擴散部與源極跟隨器柵極之間通過層間介電層的電耦合可引入寄生電容，這增加浮動擴散部的有效電容且降低轉換增益。

發明內容

在一個方面中，本發明涉及一種像素單元，其包括：浮動擴散部，其安置于半導體材料中且經耦合以從安置于所述半導體材料中的光電二極管接收圖像電荷；轉移柵極，其接近于所述光電二極管及所述浮動擴散部而安置于所述半導體材料上方；復位晶體管，其具有位于所述半導體材料中的第一經摻雜區域及第二經摻雜區域以及在所述復位晶體管的所述第一經摻雜區域與所述第二經摻雜區域之間安置于所述半導體材料上方的復位柵極；源極跟隨器晶體管，其具有安置于所述半導體材料上方且橫向安置于所述轉移柵極與所述復位柵極之間的源極跟隨器柵極；及隧道觸點，其將所述浮動擴散部耦合到所述源極跟隨器柵極以及所述復位晶體管的所述第一經摻雜區域。

在另一方面中，本發明涉及一種制作像素單元的方法，其包括：提供半導體材料；在所述半導體材料中形成光電二極管、浮動擴散部、源極跟隨器晶體管以及復位晶體管的第一經摻雜區域及第二經摻雜區域；在所述半導體材料的第一側上方形成轉移柵極、源極跟隨器柵極、復位晶體管柵極；在所述半導體材料的所述第一側上方形成層間介電層，且嵌入所述轉移柵極、所述源極跟隨器柵極及所述復位晶體管柵極；將所述層間介電層圖案化及蝕刻以在所述浮動擴散部上方提供第一經暴露區域、在所述源極跟隨器柵極上方提供第二經暴露區域且在所述復位晶體管的所述第一經摻雜區域上方提供第三經暴露區域；及在所述浮動擴散部上方的所述第一經暴露區域、所述源極跟隨器柵極上方的所述第二經暴露區域以及所述復位晶體管的所述第一經摻雜區域上方的所述第三經暴露區域中沉積導電材料以形成隧道觸點，所述隧道觸點將所述浮動擴散部電耦合到所述源極跟隨器柵極以及所述復位晶體管的所述第一經摻雜區域。