專利名稱：用于改進(jìn)保護(hù)暗參考列和行免受模糊現(xiàn)象和串?dāng)_的n阱勢壘像素的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置領(lǐng)域，明確地說，涉及用于圖像傳感器的經(jīng)改進(jìn)的隔離技術(shù)。
背景技水
圖像傳感器通常包含以行和列布置的像素單元陣列。每一像素單元包含光電轉(zhuǎn)換裝 置，用于將入射在所述陣列上的光轉(zhuǎn)換成電信號。圖像傳感器還通常包含外圍電路，用 于控制所述陣列的裝置，且用于將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像。
圖1說明典型CMOS圖像傳感器100的一部分。圖像傳感器100包含像素單元110 的陣列105。像素單元110以列和行布置，所述陣列的一部分145展示此布置具有四個 像素單元，每一行和列中具有兩個像素單元。陣列105包含位于有源陣列區(qū)域115中的 像素單元110，和位于黑色區(qū)域120中的像素單元110。黑色區(qū)域120類似于有源陣列 區(qū)域115，只是通過(例如)金屬層、黑色濾光片陣列或任何不透明材料來防止光到達(dá) 黑色區(qū)域120中的像素單元110的光電轉(zhuǎn)換裝置?？墒褂脕碜院谏珔^(qū)域120的像素單元 110的信號來確定陣列105的黑色電平，其用于調(diào)節(jié)圖像傳感器100所產(chǎn)生的所得圖像。
圖2A和圖2B分別展示示范性四晶體管(4T)像素單元110的俯視布置和電氣示 意圖。像素單元110通過接收光的光子和將那些光子轉(zhuǎn)換成電子而起作用。為此，像素 單元110中的每一者包含光電傳感器205，或任何類型的光電轉(zhuǎn)換裝置，例如光電門、 光電導(dǎo)體或其它光敏裝置。光電傳感器205包含光電傳感器電荷積聚區(qū)域210和p型表 面層215。
每一像素單元110還包含轉(zhuǎn)移晶體管220，用于將來自光電傳感器電荷積聚區(qū)域210 的電荷轉(zhuǎn)移到浮動擴(kuò)散區(qū)域225和復(fù)位晶體管230，用于在電荷轉(zhuǎn)移之前，使浮動擴(kuò)散 區(qū)域225復(fù)位到預(yù)定的電荷電平Vaa-pix。像素單元110還包含源極跟隨器晶體管235， 用于接收并放大來自浮動擴(kuò)散區(qū)域225和行選擇晶體管240的電荷電平，以控制像素單 元110的內(nèi)容從源極跟隨器晶體管235的讀出。如圖2A中所示，復(fù)位晶體管230、源 極跟隨器晶體管235和行選擇晶體管240分別包含源極/漏極區(qū)域245、 250和255。
若干觸點(diǎn)260、 265和270為像素單元110提供電連接。舉例來說，如圖2A中所示， 復(fù)位晶體管230的源極/漏極區(qū)域245通過第一觸點(diǎn)260電連接到提供Vaa-pix的陣列電 壓源極端子；源極跟隨器晶體管235的柵極通過第二觸點(diǎn)265連接到浮動擴(kuò)散區(qū)域225;且輸出電壓Vout通過第三觸點(diǎn)270從像素單元110輸出。
再次參看圖1，在陣列105的像素單元110響應(yīng)于入射光而產(chǎn)生電荷之后，通過在 陣列105外圍的電路125來讀出并處理指示電荷電平的電信號。外圍電路125通常包含 行選擇與驅(qū)動器電路130以及列或讀出選擇電路135，用于激活陣列105的特定行和列； 以及其它電路140，其可包含模擬信號處理電路、模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字邏輯處理 電路，如此項(xiàng)技術(shù)中所已知。外圍電路125可鄰近陣列105而定位，如圖1中所示。
理想上，每一光電傳感器205所接收到的光直接從正被成像的來源行進(jìn)穿過面向光 剌激的像素表面，并撞擊光電傳感器205。然而，實(shí)際上，進(jìn)入光電子轉(zhuǎn)換器的光通過 像素結(jié)構(gòu)的反射和折射而發(fā)生散射。因此，單個光電傳感器205可接收漫射光，例如既 定用于陣列中的相鄰光電傳感器的光。此漫射光(被稱為光學(xué)"串?dāng)_")降低了所渲染 圖像的質(zhì)量和準(zhǔn)確性。隨著成像器變得更小且陣列像素密度增加，與光學(xué)串?dāng)_相關(guān)聯(lián)的 問題變得越來越明顯。
光學(xué)串?dāng)_在彩色成像器中尤其成問題，其中每一像素承擔(dān)專門的光檢測作用。典型
像素中的光電傳感器對較寬的光能量譜敏感。因此，像素陣列的像素提供光加強(qiáng)信3 (light intensive signal)?？墒褂貌噬珵V光片來限制撞擊特定光電傳感器的光的波長，以 提供彩色圖像。在彩色成像器中，彩色濾光片鑲嵌陣列(color filter mosaic array， CFA) 布置在相應(yīng)光電傳感器的光徑中，以給予成像器色彩敏感性。在大多數(shù)情況下，使用紅 綠藍(lán)(RGB)三色圖案，使得每一像素單元響應(yīng)這些顏色中的一者，不過也可使用其它 彩色圖案。CFA以某一圖案布置，其中已知的拜耳圖案(Bayer pattern) 145 (圖l)為 所使用的主要布置。結(jié)果是能夠在可見光譜中渲染彩色圖像的成像器。
理想上，每一光電傳感器將只接收既定供其轉(zhuǎn)換的那些波長的光。然而，實(shí)際上， 像素之間的光學(xué)串?dāng)_允許光直接穿過一個彩色濾光片以撞擊另一像素，導(dǎo)致所述像素記 錄比正被査看的圖像中實(shí)際存在的光更多的光。另外，CFA的缺陷將允許呈(例如)進(jìn) 入紅像素的一些藍(lán)光和綠光或進(jìn)入藍(lán)像素和綠像素的紅光的形式的額外串?dāng)_。所述各種 類型的串?dāng)_降低了所產(chǎn)生圖像的準(zhǔn)確性。
另外，為了獲得高質(zhì)量圖像，重要的是，外圍電路125不干擾陣列105的像素單元 110。在操作期間，外圍電路125產(chǎn)生電荷載流子，例如電子。如果外圍電路125鄰近 于陣列105,那么外圍電路125所產(chǎn)生的電子可能行進(jìn)到陣列像素單元110 (尤其是在 鄰近外圍電路125的陣列105的邊緣上的那些像素單元110)并對其進(jìn)行干擾。干擾電 子被誤解為真實(shí)像素信號，且可能發(fā)生圖像失真。
常規(guī)圖像傳感器100中所遇到的另一問題是有源陣列區(qū)域115對黑色區(qū)域120的干擾。當(dāng)非常亮的光入射在有源陣列區(qū)域115的鄰近黑色區(qū)域120的像素單元110上時， 可能發(fā)生模糊現(xiàn)象，且來自有源陣列區(qū)域115的這些像素單元110的過量電荷可能行進(jìn) 到鄰近黑色區(qū)域120中的像素單元110，并對其進(jìn)行干擾。這可能導(dǎo)致不準(zhǔn)確的黑色電 平以及所得圖像的失真。
模糊現(xiàn)象和電子擴(kuò)散穿過P-外延(Epi)和P+襯底兩者也是可能的，且可能取決于 Epi的厚度、襯底摻雜和少數(shù)載流子在硅中的壽命。雖然已經(jīng)使用勢壘像素來減少穿過 P-Epi的擴(kuò)散分量，但當(dāng)將不充分的空間分配給勢壘像素時，勢壘像素仍允許穿過襯底 的模糊現(xiàn)象和擴(kuò)散。隨著Epi的厚度增加，穿過Epi的模糊現(xiàn)象的效應(yīng)也增加。必須在 陣列與暗像素之間分配許多勢壘像素，以減少模糊現(xiàn)象和電子擴(kuò)散。所分配的像素單元 的數(shù)目視P-Epi和/或P+襯底中的擴(kuò)散長度(電子可行進(jìn)的長度)而定。
因此，具有經(jīng)改進(jìn)的圖像傳感器將是有利的，其中通過要求減少數(shù)目的像素投入到 勢壘區(qū)，使得黑色區(qū)域所經(jīng)歷的來自有源區(qū)域的干擾減少，黑色區(qū)域上來自外圍電路的 干擾減少，且/或改進(jìn)圖像傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示范性實(shí)施例提供一種經(jīng)改進(jìn)的用于隔離圖像傳感器的裝置的勢壘區(qū)域。 所述經(jīng)改進(jìn)的勢壘區(qū)域包含通過組合勢壘像素與一個或一個以上N阱條帶或通過將一 個或一個以上N阱植入物并入勢壘像素的光電傳感器植入物中，來增強(qiáng)勢壘像素的隔離 特性。


本發(fā)明的前述和其它優(yōu)勢和特征將從下文參考附圖而提供的對示范性實(shí)施例的詳
細(xì)描述變得更加明顯，其中
圖1是常規(guī)圖像傳感器的俯視平面圖框圖； 圖2A是常規(guī)CMOS像素單元的俯視平面圖； 圖2B是圖2A的像素單元的示意圖3A和圖3B是根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的圖像傳感器的俯視平面圖框圖； 圖3C是包含象征中性P- EPI中的電子擴(kuò)散的箭頭的目前技術(shù)水平的勢壘像素； 圖3D是包含象征中性P- EPI中的電子擴(kuò)散的箭頭的N阱勢壘像素； 圖4A到圖4F描繪在中間處理階段形成圖3A的N阱勢壘區(qū)域的實(shí)例； 圖5描繪像素PD下方的N阱勢壘區(qū)域的實(shí)例； 圖6A和圖6B描繪使N阱區(qū)域偏置的方式的實(shí)例；以及圖7是根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的處理器系統(tǒng)的框圖。
具體實(shí)施例方式
在以下詳細(xì)描述內(nèi)容中參考附圖，附圖形成本發(fā)明的一部分且說明可實(shí)踐本發(fā)明的 具體實(shí)施例。在圖式中，相同參考標(biāo)號在若干視圖中始終描述相同元件。以充分的細(xì)節(jié) 描述這些實(shí)施例，以使得所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，且應(yīng)理解，可利用其它 實(shí)施例，目.可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，作出結(jié)構(gòu)、邏輯和電性改變。
術(shù)語"襯底"應(yīng)理解為包含硅、絕緣體上硅(SOI)或藍(lán)寶石上硅(SOS)技術(shù)、
摻雜和未摻雜半導(dǎo)體、由基底半導(dǎo)體或其它基座支撐的外延硅層，以及其它半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。 此外，當(dāng)在以下描述內(nèi)容中提到"襯底"時，可能已經(jīng)利用先前工藝步驟來在基底半導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)或基座中形成區(qū)域或結(jié)。另外，半導(dǎo)體無需是基于硅的，而是可基于硅-鍺、鍺、 砷化鎵或其它半導(dǎo)體材料。
術(shù)語"像素"或"像素單元"指代含有光電轉(zhuǎn)換裝置以將電磁輻射轉(zhuǎn)換成電信號的 圖元單位單元。通常，圖像傳感器中所有像素單元的制造將以類似方式同時進(jìn)行。
圖3A描繪根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的圖像傳感器300的一部分的俯視圖。圖像傳 感器300包含像素陣列305，像素陣列305包含有源陣列區(qū)域115和黑色區(qū)域120。還 存在鄰近于陣列305的外圍電路125。外圍電路125可包含行選擇電路130和列選擇 或讀出電路135，用于激活陣列105;以及其它電路140，其可包含模擬信號處理電路、 模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字邏輯處理電路。圖像傳感器300的配置僅僅是示范性的。因 此，圖像傳感器300不需要包含鄰近于陣列305的外圍電路125，且/或陣列305不需要 包含黑色區(qū)域120。圖3A還包含N阱勢壘像素310，其通過在勢壘區(qū)內(nèi)添加N阱植入 物而形成。在圖3A中，N阱勢壘像素310可環(huán)繞整個陣列305，包含有源陣列區(qū)域115 和黑色區(qū)域120。其它大小或環(huán)繞其它組件的N阱勢壘像素也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。當(dāng)定 位在像素單元IIO與外圍電路125或其它串?dāng)_、模糊現(xiàn)象來源或其它干擾源之間的空間 中時，可成功地使用N阱勢壘像素。N阱勢壘像素可如圖3A中所示為連續(xù)的，或可包 含定位在所需之處的一連串各個N阱勢壘像素，以減少有源陣列區(qū)域115與黑色區(qū)域 120之間的干擾。在示范性實(shí)施例中，N阱勢壘像素定位在位于有源陣列區(qū)域115與黑 色區(qū)域120之間的勢壘區(qū)域中。
圖3B描繪根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的圖像傳感器315的俯視圖。圖像傳感器 315類似于圖像傳感器300，只是圖像傳感器315包含暗參考行320和暗參考列325與 330，而圖像傳感器300僅包含位于黑色區(qū)域120中的黑色像素。類似于圖3A的黑色區(qū)域120，暗參考行320和暗參考列325與330包含像素單元110,其中防止光到達(dá)像素 單元110的光電轉(zhuǎn)換裝置。暗參考行320和暗參考列325和330以與黑色區(qū)域120類似 的方式操作。因此，在沒有與(例如)勢壘像素的隔離的情況下，暗參考行320和暗參 考列325與330可能經(jīng)歷來自有源陣列區(qū)域115的像素單元或外圍電路125的干擾。在 圖3B中，通過在勢壘像素內(nèi)添加N阱植入物而形成的N阱勢壘區(qū)335位于有源陣列區(qū) 域115與暗參考行320以及暗參考列325與330之間的空間中。其它大小或環(huán)繞其它組 件的N阱勢壘像素區(qū)在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖3<:是包含象征中性^ EPI中的電子擴(kuò)散的實(shí)線箭頭的目前技術(shù)水平的勢壘像素。 圖3C包含位于黑色區(qū)域(例如圖3A的黑色區(qū)域120，或圖3B的暗參考列325和330 以及暗參考行320)中的暗像素335。圖3C中還包含位于勢壘區(qū)域中的四個勢壘像素 340、 345、 350和355，以及位于有源陣列中的有源像素360。另外，包含亮區(qū)塊365， 其在光源與暗像素335以及勢壘像素340、 345、 350和355之間提供勢壘。光進(jìn)入位于 有源陣列中的有源像素360，且穿過中性P-EPI層370而擴(kuò)散。盡管存在勢壘像素340、 345、 350和355，但暗像素335接收來自進(jìn)入位于有源陣列中的有源像素360的光的經(jīng) 擴(kuò)散電子。圖3C中還展示P+襯底375。
圖3D是包含象征中性P- EPI中的電子擴(kuò)散的實(shí)線箭頭的N阱勢壘像素。如圖所示， N阱N區(qū)域380位于勢壘像素345和350下面。在此情況下，當(dāng)光進(jìn)入有源像素360時， 電子被擴(kuò)散穿過中性P- EPI區(qū)域370。位于勢壘像素345和350下面的N阱N區(qū)域380 吸收擴(kuò)散的電子，使得極少數(shù)(如果有的話)經(jīng)擴(kuò)散電子到達(dá)中性P- EPI區(qū)域385。 N 阱N區(qū)域確保暗像素335所遇到的光被減到最小。在勢壘區(qū)域中添加N阱通過減少或 消除N阱隔離區(qū)域380下方的勢壘像素區(qū)中的中性P-PEI區(qū)域來改進(jìn)勢壘區(qū)域的隔離特 性。所述像素下的N阱區(qū)域必須以正電壓偏置才成為有效的。此電壓電位可由像素內(nèi)的 現(xiàn)存經(jīng)偏置區(qū)域或額外觸點(diǎn)供應(yīng)。舉例來說，且并非限制，如果僅在PD 205下方植入， 那么N阱區(qū)域可由PD電位或到達(dá)PD區(qū)域的外部觸點(diǎn)偏置。或者，如果N阱在整個像 素單元IIO下植入，那么可通過vaa-pix觸點(diǎn)260和源極/漏極區(qū)域245來偏置N阱區(qū)域。 圖6A說明正被偏置成vaa-pix的N阱條帶，vaa-pix可為任何正電位。圖6B說明僅在可 偏置成PD電位或直接連接到vaa-pix的光電二極管下的N阱。
以說明性方式，圖3A的圖像傳感器300和圖3B的圖像傳感器315為CMOS圖像
傳感器，且陣列305包含CMOS像素單元110。然而，應(yīng)注意，本發(fā)明的實(shí)施例包含其
它固態(tài)成像器陣列，包含CCD圖像傳感器和類似裝置中所使用的固態(tài)成像器陣列。在
此情況下，陣列305將代替地包含適合CCD圖像傳感器或類似裝置的像素單元和外圍電路。
應(yīng)進(jìn)一步注意，像素單元110的配置只是示范性的，目.如此項(xiàng)技術(shù)中已知的，可作 出各種改變，且像素單元110可具有其它配置。盡管結(jié)合四晶體管(4T) CMOS像素單 元110來描述本發(fā)明，但本發(fā)明也可被并入到具有不同數(shù)目的晶體管的其它CMOS像素 電路中。在非限制的情況下，此電路可包含三晶體管(3T)像素單元、五晶體管(5T) 像素單元、六晶體管(6T)像素單元和七晶體管像素單元(7T)。 3T單元可省略轉(zhuǎn)移晶 體管或行選擇晶體管。5T、 6T和7T像素單元與4T像素單元的不同之處在于分別添加 了一個、兩個或三個晶體管r例如快門晶體管(shutter transistor)、抗模糊現(xiàn)象晶體管、 雙轉(zhuǎn)換增益晶體管等。
通過在勢壘像素的光電傳感器植入物中添加一個或一個以上N阱植入物來增強(qiáng)圖 3A的N阱勢壘區(qū)310和圖3B的N阱勢壘區(qū)335的隔離特性。N阱像素植入?yún)^(qū)域的耗 盡深度比典型的光電傳感器耗盡在Epi硅中達(dá)到的深度更深。用N阱勢壘耗盡整個Epi 厚度為暗參考像素(例如，黑色區(qū)域13 (圖3A)、暗參考行320 (圖3B)和暗參考列 325和330 (圖3B))提供最佳的串?dāng)_和模糊現(xiàn)象保護(hù)。N阱勢壘像素的N阱條帶或N 阱植入物的增加的深度通過將其耗盡深度延伸到CMOS成像器P+襯底深度，來改進(jìn)勢 壘像素在偏置時收集"漫射"電子的能力。N阱勢壘像素的增加的隔離能力導(dǎo)致陣列105 的專用于充當(dāng)勢壘的像素單元110較少。一般來說，N阱N區(qū)域的劑量濃度為lX10l6/cm3 到lXl(V8/cm3，其中優(yōu)選濃度為5X10'6/cm3到5X10力cm3。 N阱N區(qū)域的深度的一般 范圍是0.5微米到3微米，其中優(yōu)選深度是1微米到2微米。 一般來說，光電二極管N 區(qū)域的劑量濃度為1X10'6/cm3到lX1018/cm3，其中優(yōu)選濃度為5 X 1016/cm3至lj 5X 1017/cm3。光電二極管N區(qū)域的深度的一般范圍是0.25微米到1.5微米，其中優(yōu)選深度 是0.4微米到1.0微米。
圖4A到圖4F描繪根據(jù)本發(fā)明一個示范性實(shí)施例的N阱勢壘區(qū)域310的制造步驟。 本文所描述的動作中的任何一者都不需要特定的次序，除了那些邏輯上要求先前動作的 結(jié)果的動作。因此，雖然將下文的動作描述為以一般次序執(zhí)行，但所述次序只是示范性 的，且可改變。
參看圖4A到圖4F， N阱勢壘區(qū)域310可與陣列305 (圖3A和圖3B)的像素單元 同時形成。而且，多個N阱勢壘區(qū)域310的形成可同時且以類似方式進(jìn)行，如下文結(jié)合 圖4A到圖4F所述。
如圖4A到圖4F中所示，在P+襯底400上方且在P- EPI層405的表面處形成N阱
勢壘區(qū)域425。如上文所述，可能已經(jīng)利用了先前工藝步驟來在襯底400或P- EPI層405中形成區(qū)域(未圖示)或結(jié)(未圖示)。舉例來說，在形成N阱勢壘區(qū)域425之前，可 通過已知技術(shù)在襯底400或EPI層405中形成隔離區(qū)域，例如淺溝槽隔離區(qū)域。圖4A 展示開始P+襯底400和P- EPI層405。
圖4B展示添加第一絕緣層410、導(dǎo)電層415和第二絕緣層420。由(例如)氧化硅 制成的第一絕緣層410生長或沉積在P- EPI層405上。第一絕緣層410充當(dāng)隨后形成的 轉(zhuǎn)移晶體管220和復(fù)位晶體管230的柵極氧化物層。接下來，導(dǎo)電材料層415沉積在第 一絕緣層410上。導(dǎo)電層415充當(dāng)隨后形成的轉(zhuǎn)移晶體管220和復(fù)位晶體管230的柵極 電極。導(dǎo)電層415可為多晶硅層，其可摻雜為n型。第二絕緣層420沉積在導(dǎo)電層415 上。第二絕緣層420可由(例如)氧化物(Si02)、氮化物(氮化硅)、氮氧化物(氮氧 化硅)、ON (氧化物-氮化物)、NO (氮化物-氧化物)或ONO (氧化物-氮化物-氧化物) 形成?？赏ㄟ^常規(guī)沉積方法(例如，化學(xué)氣相沉積(CVD)或等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相 沉積(PECVD)等等)來毯覆式形成層410、 415、 420。
如圖4C中所示，N阱勢壘區(qū)域425形成于P-EPI層405的表面，P-EPI層405以 說明性方式為p型區(qū)域。而且，如圖4C中所示，P阱區(qū)域也可形成于P- EPI層405的 表面。N阱植入物425形成于EPI層405中，從第一絕緣層410下方的點(diǎn)且延伸到柵極 堆疊435的預(yù)期位置之間?？赏ㄟ^已知方法，例如且非限制，通過植入相對較快擴(kuò)散的 N型原子，來形成N阱植入物425。所說明的像素是形成于有源陣列像素與黑色像素之 間的勢壘像素。
如圖4D中所示，接著對層410、 415、 420進(jìn)行圖案化和蝕刻，以形成圖4D中所 示的轉(zhuǎn)移晶體管220和復(fù)位晶體管230 (圖2A和圖2B)多層?xùn)艠O堆疊435到440。本 發(fā)明不限于上文所述的柵極堆疊435到440的結(jié)構(gòu)。根據(jù)需要且如此項(xiàng)技術(shù)中已知，可 添加額外層，或可改變柵極堆疊435到440。舉例來說，硅化物層(未圖示)可形成于 導(dǎo)電層415與第二絕緣層420之間。硅化物層可包含于轉(zhuǎn)移晶體管與復(fù)位晶體管柵極堆 疊435到440中，或包含于圖像傳感器電路中的所有晶體管柵極結(jié)構(gòu)中，且可為硅化鈦、 硅化鉤、硅化鈷、硅化鉬或硅化鉭。此額外導(dǎo)電層還可為勢壘層/折射物金屬，例如TiN/W 或W/Nx/W，或其可完全由WNx形成。
如圖4E中所描繪，通過巳知方法植入浮動擴(kuò)散區(qū)域445 (在圖2A中還被展示為浮 動擴(kuò)散區(qū)域225)，以實(shí)現(xiàn)圖4E中所示的結(jié)構(gòu)。將浮動擴(kuò)散區(qū)域445形成為鄰近于柵極 堆疊435和440的n型區(qū)域。浮動擴(kuò)散區(qū)域445形成于轉(zhuǎn)移晶體管220 (圖2A)柵極堆 疊與復(fù)位晶體管230 (圖2A)柵極堆疊之間?？墒褂萌魏魏线m的n型摻雜劑，例如磷、 砷或銻。如圖4F中所描繪，將電荷積聚區(qū)域450植入P- EPI層405中。以說明性方式，電 荷積聚區(qū)域450為輕度摻雜的n型區(qū)域。在另一實(shí)施例中，電荷積聚區(qū)域450可為重度 摻雜的n+區(qū)域。n型摻雜劑(例如磷、砷或銻)可通過開口植入，且進(jìn)入P-EPI層405 中。多個植入物可用于修整區(qū)域450的外形。如果需要的話，可進(jìn)行有角度的植入，以 形成區(qū)域450，以便以相對于EPI層405的表面成除90度之外的角度實(shí)行植入。電荷積 聚區(qū)域450可與像素單元110的光電傳感器電荷積聚區(qū)域210同時形成。
視情況，可植入類似于像素單元110的光電傳感器205的p型表面層215 (圖2A) 的p型表面層455。將經(jīng)摻雜的表面層455摻雜為第一導(dǎo)電類型。以說明性方式，經(jīng)摻 雜的表面層455為高度摻雜的p+表面層?？墒褂胮型摻雜劑(例如，硼、銦或任何其它 合適的p型摻雜劑)來形成p+表面層455。
可通過已知技術(shù)來形成p+表面層455。舉例來說，可借助于通過光致抗蝕劑層中的 開口植入p型離子來形成層455?；蛘撸赏ㄟ^氣體源等離子體摻雜工藝，或通過使p 型摻雜劑從原位摻雜的層或沉積在待形成層455的區(qū)上的經(jīng)摻雜氧化物層來形成層455。
可使用常規(guī)處理方法來完成N阱勢壘區(qū)域425?？尚纬山^緣、屏蔽和金屬化層，以 連接?xùn)艠O線，且提供到達(dá)Vaa-pix的連接，以及到達(dá)N阱勢壘區(qū)域425的其它連接。另 外，可用由(例如)二氧化硅、BSG、 PSG或BPSG制成的鈍化層(未圖示)來覆蓋整 個表面，所述鈍化層經(jīng)CMP平坦化且經(jīng)蝕刻以提供接觸孔，所述接觸孔接著被金屬化 以提供觸點(diǎn)。還可使用常規(guī)的導(dǎo)體和絕緣體層來互連所述結(jié)構(gòu)，且將電荷積聚區(qū)域450 連接到Vaa-pix。具體地說，可使用任何合適的導(dǎo)電材料(例如金屬)來形成連接；且可 使用任何合適的導(dǎo)電材料來形成觸點(diǎn)。圖5說明僅位于光電二極管(PD)下面的N阱 區(qū)域的替代實(shí)例。
圖7說明包含圖3A的圖像傳感器300的處理器系統(tǒng)700。在替代實(shí)施例中，系統(tǒng) 700可包含圖3B的圖像傳感器315。系統(tǒng)700示范具有可包含圖像傳感器裝置的數(shù)字電 路的系統(tǒng)。在非限制的情況下，此系統(tǒng)可包含計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、相機(jī)系統(tǒng)、掃描儀、機(jī)器視 覺、車輛導(dǎo)航、視頻電話、監(jiān)視系統(tǒng)、自動聚焦系統(tǒng)、天體跟蹤器系統(tǒng)、運(yùn)動檢測系統(tǒng)、 圖像穩(wěn)定化系統(tǒng)和數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)。
系統(tǒng)700 (例如相機(jī)系統(tǒng))通常包括中央處理單元(CPU) 705，例如微處理器，其
通過總線715與輸入/輸出(1/0)裝置710通信。圖像傳感器300也通過總線715與CPU
705通信。處理器系統(tǒng)700還包含隨機(jī)存取存儲器(RAM) 720，且可包含可移除存儲
器725，例如快閃存儲器，其也通過總線715與CPU 705通信。圖像傳感器300可與處
理器(例如CPU、數(shù)字信號處理器或微處理器)組合，具有或不具有與處理器在單個集成電路上或在不同芯片上的存儲裝置。
再次注意，上文的描述內(nèi)容和圖式是示范性的，且說明實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目標(biāo)、特征和 優(yōu)勢的優(yōu)選實(shí)施例。不希望本發(fā)明限于所說明的實(shí)施例。屬于所附權(quán)利要求書的精神和 范圍內(nèi)的對本發(fā)明的任何修改應(yīng)被視為本發(fā)明的一部分。
權(quán)利要求
1. 一種圖像傳感器，其包括襯底；像素單元陣列，其形成為與所述襯底相關(guān)聯(lián)，其中所述像素單元陣列包含有源陣列區(qū)域和黑色區(qū)域；以及至少一個N阱像素隔離區(qū)域，其形成于所述有源陣列區(qū)域與所述黑色區(qū)域之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其進(jìn)一步包括鄰近于所述陣列的外圍電路，其 中所述至少一個N阱像素隔離區(qū)域包含定位在所述黑色區(qū)域的至少一個像素單元 與所述外圍電路之間的部分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述陣列包括包含第一像素單元部分的有 源陣列區(qū)域，以及包括不在所述有源陣列區(qū)域中的第二像素單元部分的至少一個黑 色區(qū)域，且其中所述至少一個N阱像素隔離區(qū)域在所述有源陣列區(qū)域與所述至少 一個黑色區(qū)域之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，其中所述第二像素單元部分包含鄰近于所述有 源陣列區(qū)域的第一側(cè)的第一黑色區(qū)域，以及鄰近于所述有源陣列區(qū)域的第二側(cè)的至 少一第二黑色區(qū)域，所述第一和至少第二黑色區(qū)域用于確定所述陣列的黑色電平， 且其中所述至少一個N阱像素隔離區(qū)域定位在所述有源陣列區(qū)域與所述第一和至 少第二黑色區(qū)域之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，其中所述至少一個N阱像素隔離區(qū)域環(huán)繞所 述有源陣列區(qū)域。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，其中所述至少一個N阱像素隔離區(qū)域環(huán)繞所 述至少一個黑色區(qū)域。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像傳感器，其進(jìn)一步包括多個N阱像素隔離區(qū)域。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述至少一個N阱像素隔離區(qū)域被配置 為所述陣列中的像素單元的至少一部分。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，其中所述N阱像素隔離區(qū)域被配置為所述陣 列中的一行像素單元。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，其中所述N阱像素隔離區(qū)域被配置為所述陣 列中的一列像素單元。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像傳感器，其中所述圖像傳感器為CMOS圖像傳感器。
12. —種圖像傳感器，其包括像素單元陣列，所述陣列包括包含第一像素單元部分的有源陣列區(qū)域和用于確定 所述陣列的黑色電平的至少一個黑色區(qū)域，所述至少一個黑色區(qū)域包含不在所述有 源陣列區(qū)域中的第二像素單元部分；外圍電路，其鄰近于所述陣列；以及至少一個N阱像素隔離區(qū)域，其在所述陣列與所述外圍電路以及所述陣列與所 述至少一個黑色區(qū)域之間。
13. —種用于隔離圖像傳感器的裝置的勢壘區(qū)域，所述勢壘區(qū)域包括襯底；以及 N阱像素隔離區(qū)域。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的勢壘區(qū)域，其中所述N阱像素隔離區(qū)域被配置為一組像素 單元。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的勢壘區(qū)域，其中所述N阱像素隔離區(qū)域被配置為一行像素 單元。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的勢壘區(qū)域，其中所述N阱像素隔離區(qū)域被配置為一列像素 單元。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的勢壘區(qū)域，其中所述N阱像素隔離區(qū)域包含N阱植入物。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的勢壘區(qū)域，其中所述N阱像素隔離區(qū)域包含N阱條帶。
19. 一種處理器系統(tǒng)，其包括(i) 處理器；以及(ii) 圖像傳感器，其耦合到所述處理器，所述圖像傳感器包括襯底；像素單元陣列，其與所述襯底相關(guān)聯(lián)；至少一個N阱像素隔離區(qū)域，其鄰近于至少一個像素單元而形成于所述襯底 上。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的處理器系統(tǒng)，其中所述圖像傳感器為CMOS圖像傳感器。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的處理器系統(tǒng)，其中所述圖像傳感器為CCD圖像傳感器。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的處理器系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括鄰近于所述陣列的外圍電路， 其中所述至少一個N阱像素隔離區(qū)域在所述陣列與所述外圍電路之間。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的處理器系統(tǒng)，其中所述陣列包括包含第一像素單元部分的 有源陣列區(qū)域，和包含不在所述有源陣列區(qū)域中的第二像素單元部分的至少一個黑色區(qū)域，其用于確定所述陣列的黑色電平，且其中所述至少一個N阱像素隔離區(qū) 域定位在所述有源陣列區(qū)域與所述至少一個黑色區(qū)域之間。
24. —種形成用于隔離圖像傳感器的黑色區(qū)域的勢壘區(qū)域的方法，所述方法包括以下動 作形成有源像素陣列； 形成包含像素陣列的黑色區(qū)域；以及在所述有源像素陣列與所述黑色像素區(qū)域之間的位置處形成N阱像素隔離區(qū)域。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中形成所述N阱像素隔離區(qū)域的所述動作包括形 成所述N阱像素隔離區(qū)域以使其定位在像素單元陣列的一部分內(nèi)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中形成所述N阱像素隔離區(qū)域的所述動作包含將 所述N阱像素隔離區(qū)域形成為一行像素單元。
27. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中形成所述N阱像素隔離區(qū)域的所述動作包括將 所述N阱像素隔離區(qū)域形成為一列像素單元。
28. —種形成圖像傳感器的方法，所述方法包括提供襯底；提供與所述襯底相關(guān)聯(lián)的像素單元陣列，其中所述像素單元陣列包含有源陣列區(qū) 域和黑色區(qū)域；以及形成定位在所述有源陣列區(qū)域與所述黑色區(qū)域之間的至少一個N阱像素隔離區(qū) 域。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其進(jìn)一步包括鄰近于所述陣列的外圍電路，其中所 述至少一個N阱像素隔離區(qū)域的一部分定位在所述黑色區(qū)域與所述外圍電路之間。
30. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中黑色區(qū)域包含鄰近于所述有源陣列區(qū)域的第一 側(cè)的第一黑色區(qū)域，以及鄰近于所述有源陣列區(qū)域的第二側(cè)的至少一第二黑色區(qū)域，所述第一和至少第二黑色區(qū)域用于確定所述陣列的黑色電平，且其中所述N 阱像素隔離區(qū)域的一部分定位在所述第一黑色區(qū)域和第二黑色區(qū)域與所述有源陣 列區(qū)域之間。
31. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中形成所述至少一個N阱像素隔離區(qū)域的所述動 作包括形成環(huán)繞所述有源陣列區(qū)域的所述至少一個N阱像素隔離區(qū)域。
32. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中形成所述至少一個N阱像素隔離區(qū)域的所述動 作包括形成環(huán)繞所述黑色區(qū)域的所述至少一個N阱像素隔離區(qū)域。
33. —種形成圖像傳感器的方法，所述方法包括在襯底上提供像素單元陣列，其中所述陣列包含有源陣列和黑色區(qū)域； 提供鄰近于所述像素單元陣列的外圍電路；以及形成定位在所述外圍電路與所述黑色區(qū)域之間的至少一個N阱像素隔離區(qū)域。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中形成至少一個N阱像素隔離區(qū)域的所述動作包 含在所述有源陣列與所述黑色區(qū)域之間形成所述N阱像素隔離區(qū)域的一部分。
全文摘要
用于使圖像傳感器的像素陣列的一個或一個以上暗區(qū)域與有源陣列或與外圍電路隔離的勢壘區(qū)域包含N阱像素隔離區(qū)域。所述N阱像素隔離區(qū)域包含至少一個N阱植入物或至少一個N阱條帶。所述N阱像素隔離區(qū)域鄰近像素單元，所述像素單元包括所述暗區(qū)域。在所述勢壘區(qū)域中添加N阱會通過減少或消除所述N阱隔離區(qū)域下方的勢壘像素區(qū)中的中性P-EPI區(qū)域來改進(jìn)所述勢壘區(qū)域的隔離特性。
文檔編號H01L27/146GK101427375SQ200780014216
公開日2009年5月6日 申請日期2007年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月21日
發(fā)明者因納·帕特里克, 理查德·A·毛里松 申請人:美光科技公司