[發(fā)明專利]用于抑制CMOS圖像傳感器中的浮動擴(kuò)散結(jié)泄漏的隔離結(jié)構(gòu)

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• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113921548A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 文成烈;劉遠(yuǎn)良
• 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: 北京律盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 劉媛媛

本公開涉及一種用于抑制CMOS圖像傳感器中的浮動擴(kuò)散結(jié)泄漏的隔離結(jié)構(gòu)。所揭示的標(biāo)的物的實例提出圍繞像素單元的像素晶體管區(qū)的周邊安置溝槽隔離結(jié)構(gòu)。所述溝槽隔離結(jié)構(gòu)包含前側(cè)(例如，淺和深)溝槽隔離結(jié)構(gòu)和背側(cè)深溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其抵鄰或接觸前側(cè)深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的底部，以用于隔離所述像素單元的像素晶體管區(qū)的像素晶體管溝道。所述溝道隔離結(jié)構(gòu)在所述像素晶體管區(qū)中的形成和布置形成浮動摻雜阱區(qū)，含有例如所述像素晶體管的浮動擴(kuò)散部FD和源極/漏極(例如，(N)摻雜區(qū))。此浮動P阱區(qū)目的在于減少與所述像素單元的所述浮動擴(kuò)散區(qū)相關(guān)聯(lián)的結(jié)泄漏。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開一般涉及圖像傳感器，并且特別來說但非唯一地涉及目的在于抑制浮動擴(kuò)散結(jié)泄漏的圖像傳感器，例如高動態(tài)范圍(HDR)圖像傳感器。

背景技術(shù)

CMOS圖像傳感器(CIS)已變得無處不在。其廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、蜂窩式手機(jī)、監(jiān)控攝像機(jī)以及醫(yī)學(xué)、汽車及其它應(yīng)用。典型的圖像傳感器響應(yīng)于從外部場景反射的圖像光入射到圖像傳感器上而操作。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并在吸收圖像光時產(chǎn)生圖像電荷。像素中的每一者的圖像電荷可測量為每一光敏元件的輸出電壓，所述輸出電壓依據(jù)入射圖像光而變化。換句話說，所產(chǎn)生的圖像電荷的量與圖像光的強(qiáng)度成比例，所述圖像光用于產(chǎn)生表示外部場景的數(shù)字圖像(即，圖像數(shù)據(jù))。

典型的圖像傳感器如下般操作。來自外部場景的圖像光入射到圖像傳感器上。圖像傳感器包含多個光敏元件，使得每一光敏元件吸收入射圖像光的一部分。包含在圖像傳感器中的光敏元件(例如光電二極管)各在吸收圖像光時產(chǎn)生圖像電荷。所產(chǎn)生的圖像電荷的量與圖像光的強(qiáng)度成正比。所產(chǎn)生的圖像電荷可用于產(chǎn)生表示外部場景的圖像。

用于圖像傳感器的集成電路(IC)技術(shù)正在不斷改進(jìn)，特別是伴隨著對更高分辨率和更低功耗的持續(xù)需求。此類改進(jìn)經(jīng)常涉及按比例縮小裝置幾何尺寸以實現(xiàn)更低的制造成本、更高的裝置集成密度、更高的速度和更好的性能。

但是隨著圖像傳感器小型化的進(jìn)展，圖像傳感器架構(gòu)內(nèi)的缺陷變得更明顯，并且可降低圖像的圖像質(zhì)量。例如，圖像傳感器的某些區(qū)內(nèi)的過量電流泄漏可導(dǎo)致高暗電流、傳感器噪聲、白像素缺陷及其類似者。這些缺陷可顯著地劣化來自圖像傳感器的圖像質(zhì)量，此可導(dǎo)致降低的良率和更高的生產(chǎn)成本。

高動態(tài)范圍(HDR)圖像傳感器可帶來其它挑戰(zhàn)。例如，一些HDR圖像傳感器布局不具空間效率，并且難以小型化到更小的間距以實現(xiàn)更高的分辨率。此外，由于許多這些HDR圖像傳感器的不對稱布局，減小像素的尺寸和間距以實現(xiàn)高分辨率圖像傳感器導(dǎo)致串?dāng)_或其它不希望的副作用，例如隨著間距減小可出現(xiàn)在這些圖像傳感器中的對角線光暈。

發(fā)明內(nèi)容

在一個方面中，本公開提供一種用于CMOS圖像傳感器的LOFIC像素單元，其包括：半導(dǎo)體襯底，其具有前側(cè)和背側(cè)；像素區(qū)，其包含所述半導(dǎo)體襯底中的光敏區(qū)，其中所述光敏區(qū)累積響應(yīng)于入射光在光敏區(qū)中光生的圖像電荷；像素晶體管區(qū)，其包含所述半導(dǎo)體襯底中的晶體管溝道區(qū)；及溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其經(jīng)配置以包圍所述晶體管溝道區(qū)以用于將所述像素晶體管區(qū)與所述像素區(qū)隔離，所述溝槽隔離結(jié)構(gòu)包括前側(cè)溝槽隔離結(jié)構(gòu)和背側(cè)深溝槽隔離結(jié)構(gòu)。

在另一方面中，本公開進(jìn)一步提供一種用于CMOS圖像傳感器的像素陣列，其包括：半導(dǎo)體襯底，其具有前側(cè)和背側(cè)；多個像素單元，其形成在所述半導(dǎo)體襯底中，每一像素單元包含具有至少一個光敏元件的像素區(qū)和與所述像素區(qū)相鄰安置的像素晶體管區(qū)，所述像素晶體管區(qū)包括至少一個浮動擴(kuò)散區(qū)、至少一個晶體管柵極和具有第一類型的漏極/源極區(qū)；摻雜阱區(qū)，其在所述半導(dǎo)體襯底中安置在所述至少一個晶體管柵極下方并圍繞所述漏極/源極區(qū)和所述浮動擴(kuò)散區(qū)，所述摻雜阱區(qū)具有不同于所述第一類型的第二類型；其中所述摻雜阱區(qū)經(jīng)調(diào)適以通過用安置在所述半導(dǎo)體襯底中的溝槽隔離結(jié)構(gòu)隔離所述摻雜阱區(qū)而浮動。