圖像傳感器中的部分埋入式溝道傳送裝置制造方法
【專利摘要】本申請案涉及一種圖像傳感器中的部分埋入式溝道傳送裝置。圖像傳感器像素包含光敏元件、浮動擴散“FD”區(qū)域及傳送裝置。所述光敏元件安置于襯底層中以用于響應(yīng)于光而積累圖像電荷。所述FD區(qū)域安置于所述襯底層中以從所述光敏元件接收所述圖像電荷。所述傳送裝置安置于所述光敏元件與所述FD區(qū)域之間以將所述圖像電荷從所述光敏元件選擇性地傳送到所述FD區(qū)域。所述傳送裝置包含柵極、埋入式溝道摻雜劑區(qū)域及表面溝道區(qū)域。所述柵極安置于所述光敏元件與所述FD區(qū)域之間。所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域經(jīng)安置而鄰近于所述FD區(qū)域且在所述柵極下方。所述表面溝道區(qū)域安置于所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域與所述光敏元件之間且安置于所述柵極下方。
【專利說明】圖像傳感器中的部分埋入式溝道傳送裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般來說涉及光學(xué)器件,且明確地說(但非排他地)涉及圖像傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]圖像傳感器廣泛用于數(shù)字靜物相機、蜂窩式電話、安全相機中以及醫(yī)療、汽車及其它應(yīng)用中。使用互補金屬氧化物半導(dǎo)體(“CMOS”)技術(shù)來在硅襯底上制造較低成本的圖像傳感器。在大量圖像傳感器中,圖像傳感器通常包含數(shù)百個、數(shù)千個或甚至數(shù)百萬個光傳感器單元或像素。典型個別像素包含微透鏡、濾光器、光敏元件、浮動擴散區(qū)域及用于從光敏元件讀出信號的一個或一個以上晶體管。典型像素中所包含的晶體管中的一者通常稱為傳送晶體管,所述傳送晶體管包含安置于光敏元件與浮動擴散部之間的傳送柵極。所述傳送柵極安置于柵極氧化物上。光敏元件、浮動擴散區(qū)域及柵極氧化物安置于襯底上。
[0003]在典型像素的操作期間,當(dāng)將偏置電壓施加到傳送柵極時可在所述傳送柵極下方形成導(dǎo)電溝道區(qū)域,以使得圖像電荷從光敏元件傳送到浮動擴散區(qū)域。然而,常規(guī)像素通常遭受圖像滯后、模糊及制造挑戰(zhàn)。
[0004]圖像滯后可由常規(guī)傳送晶體管不能從光敏元件移除所有信號以使得在像素的連續(xù)讀取期間殘留信號仍保留造成。保留于光敏元件中的此殘余信息通常稱為圖像滯后、殘留圖像、重影或幀間滯留。
[0005]模糊可由圖像的致使光生過剩電荷載子溢出到鄰近光敏元件中的高強度部分造成。在傳送晶體管的一種設(shè)計中,如在標準NMOS晶體管中,N摻雜的多晶硅柵極電極控制表面溝道晶體管。在此設(shè)計中,晶體管的閾值電壓為低的,且在積分周期期間通常需要施加負柵極偏置,且需要大的柵極電壓擺幅來最小化圖像滯后。在此情形中,模糊可產(chǎn)生且模糊可限制成像傳感器的動態(tài)范圍且可限制成像傳感器的商業(yè)應(yīng)用的類型。
[0006]常規(guī)像素中的制造挑戰(zhàn)可起源于光敏元件相對于傳送柵極的位置敏感放置。放置的敏感性質(zhì)可導(dǎo)致各部分中的增加的缺陷及增加的制造成本。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本申請案的一方面提供一種圖像傳感器像素,其包括:光敏元件,其安置于襯底層中以用于響應(yīng)于光而積累圖像電荷;浮動擴散(“FD”)區(qū)域,其安置于所述襯底層中以從所述光敏元件接收所述圖像電荷;及傳送裝置,其安置于所述光敏元件與所述FD區(qū)域之間以將所述圖像電荷從所述光敏元件選擇性地傳送到所述FD區(qū)域,所述傳送裝置包含:柵極,其安置于所述光敏元件與所述浮動擴散區(qū)域之間;埋入式溝道摻雜劑區(qū)域,其經(jīng)安置而鄰近于所述FD區(qū)域且在所述柵極下方;及表面溝道區(qū)域,其安置于所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域與所述光敏元件之間且安置于所述柵極下方。
[0008]本申請案的另一方面提供一種成像系統(tǒng),其包括:成像像素陣列;及讀出電路,其耦合到所述成像像素陣列以從圖像傳感器像素中的每一者讀出圖像數(shù)據(jù),其中所述成像像素陣列中的每一成像像素包含:光敏元件,其安置于襯底層中以用于響應(yīng)于光而積累圖像電荷;浮動擴散(“FD”)區(qū)域,其安置于所述襯底層中以從所述光敏元件接收所述圖像電荷;及傳送裝置,其安置于所述光敏元件與所述FD區(qū)域之間以將所述圖像電荷從所述光敏元件選擇性地傳送到所述FD區(qū)域,所述傳送裝置包含:柵極,其安置于所述光敏元件與所述浮動擴散區(qū)域之間;埋入式溝道摻雜劑區(qū)域,其經(jīng)安置而鄰近于所述FD區(qū)域且在所述柵極下方;及表面溝道區(qū)域,其安置于所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域與所述光敏元件之間且安置于所述柵極下方。
[0009]本申請案的又一方面提供一種制作圖像傳感器像素的方法,所述方法包括:在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成埋入式溝道裝置掩模,從而隔離埋入式溝道裝置將安置之處;使用高能量離子植入將第一摻雜劑植入到埋入式溝道摻雜劑區(qū)域中,其中包含所述第一摻雜劑的離子束在植入到所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域中之前行進通過多晶硅柵極,所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域安置于所述圖像傳感器像素的光敏元件與所述圖像傳感器像素的浮動擴散(“FD”)區(qū)域之間;移除所述埋入式溝道裝置掩模;在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成表面溝道裝置掩模,從而隔離表面溝道裝置將安置之處;及將第二摻雜劑植入到表面溝道摻雜劑區(qū)域中,所述表面溝道摻雜劑區(qū)域安置于所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域與所述光敏元件之間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]參考以下各圖描述本發(fā)明的非限制性及非窮盡性實施例,其中除非另有規(guī)定,否則貫穿各個視圖相似參考編號指代相似部件。
[0011]圖1是包含常規(guī)傳送柵極結(jié)構(gòu)及常規(guī)光敏元件結(jié)構(gòu)的常規(guī)圖像傳感器像素的截面圖。
[0012]圖2是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖像傳感器的功能框圖。
[0013]圖3是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖像傳感器內(nèi)的兩個圖像傳感器像素的樣本像素電路的電路圖。
[0014]圖4A是沿圖4B的A-A’線的截面圖,其圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的包含傳送裝置的圖像傳感器像素的一部分。
[0015]圖4B是根據(jù)本發(fā)明的實施例的光敏元件、傳送柵極及浮動擴散區(qū)域的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0016]圖5是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的電子與結(jié)構(gòu)的相對能級之間的關(guān)系的圖表。
[0017]圖6是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于制造傳送裝置的過程的流程圖?!揪唧w實施方式】
[0018]本文中描述具有部分埋入式溝道傳送柵極的圖像傳感器的設(shè)備、系統(tǒng)及制造方法的實施例。在以下說明中,陳述眾多特定細節(jié)以提供對實施例的透徹理解。然而,所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到,可在不具有所述特定細節(jié)中的一者或一者以上的情況下或者借助其它方法、組件、材料等來實踐本文中所描述的技術(shù)。在其它例子中,未詳細展示或描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作以避免使特定方面模糊。
[0019]本說明書通篇中對“一個實施例”或“一實施例”的提及意指與所述實施例一起描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含于本發(fā)明的至少一個實施例中。因此,在本說明書通篇中的各個地方中出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”或“在一實施例中”未必全部指代同一實施例。此外,可以任何適合方式將所述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性組合于一個或一個以上實施例中。
[0020]圖1是包含常規(guī)傳送柵極結(jié)構(gòu)及常規(guī)光敏元件結(jié)構(gòu)的常規(guī)圖像傳感器像素的截面圖。圖像像素100包含接收入射于圖像像素100上的光105的光敏元件115。為實施彩色像素,圖像像素100進一步包含安置于微透鏡140下方的色彩濾光器145。微透鏡140有助于將光105聚焦到光敏元件115上。一般來說,圖像傳感器包含在較大襯底中(即,延伸超過如所展示的襯底135)布置成一個二維行及列陣列的許多圖像像素100。圖像像素100進一步包含安置于襯底135上的浮動擴散(“FD”)區(qū)域130及光敏元件115(例如,光電二極管)。襯底135可包含在襯底上生長的外延層。傳送柵極120安置于光敏元件115與FD區(qū)域130之間且用以將從光敏元件115輸出的信號傳送到FD區(qū)域130。FD區(qū)域130由形成于襯底135中的P型阱132環(huán)繞。當(dāng)將閾值柵極電壓(即,偏置電壓)施加到傳送柵極120時,可在襯底135中傳送柵極120下方及柵極絕緣層125下方形成導(dǎo)電溝道(未圖解說明)。P型釘扎層110可安置于光敏元件115上方。頸部區(qū)150為包含P型釘扎層110、光敏元件115、傳送柵極120與襯底135的相交點的區(qū)域。
[0021]像素100如下操作。在積分周期(還稱為曝光或積累周期)期間,光105入射于光敏元件115上。光敏元件115響應(yīng)于入射光而產(chǎn)生電信號(光生電荷)。所述電信號保持于光敏元件115中。在此階段處,傳送柵極120可關(guān)斷。當(dāng)傳送柵極120上的偏置電壓未達到其閾值電壓時,傳送柵極120關(guān)斷,且光敏元件115與FD區(qū)域130之間的襯底能抵抗電子流。
[0022]在積分周期之后,接通傳送柵極120以從光敏元件115讀出信號。舉例來說,將正偏置電壓施加到傳送柵極120,且當(dāng)傳送柵極120上的偏置電壓增加時,傳送柵極120下面靠近浮動擴散區(qū)域130的 襯底首先變?yōu)閷?dǎo)電。傳送柵極120下面的在將偏置電壓施加到傳送柵極120時變?yōu)閷?dǎo)電的襯底稱為溝道區(qū)域(未圖解說明)。隨著接近閾值電壓,所述溝道區(qū)域繼續(xù)朝向光敏元件115逐漸變?yōu)閷?dǎo)電。當(dāng)滿足閾值電壓時,所述溝道區(qū)域?qū)щ?,從而允許電荷載子在光敏元件115與FD區(qū)域130之間流動,因此將由光敏元件115保持的電信號傳送到FD區(qū)域130。在已將光敏元件115中的電信號傳送到浮動擴散區(qū)域130之后,關(guān)斷傳送柵極120以待下一積分周期。
[0023]圖2是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的成像系統(tǒng)200的框圖。成像系統(tǒng)200的所圖解說明實施例包含像素陣列205、讀出電路210、功能邏輯215及控制電路220。
[0024]像素陣列205為一個二維(“2D”)成像傳感器或像素(例如,像素PU P2、…、Pn)陣列。在一個實施例中,每一像素為互補金屬氧化物半導(dǎo)體(“CMOS”)成像像素。如所圖解說明,每一像素布置成行(例如,行Rl到Ry)及列(例如,列Cl到Cx)以采集人、地方或?qū)ο蟮膱D像數(shù)據(jù),接著可使用所述圖像數(shù)據(jù)來再現(xiàn)所述人、地方或?qū)ο蟮?D圖像。
[0025]在每一像素已采集其圖像數(shù)據(jù)或圖像電荷之后,所述圖像數(shù)據(jù)由讀出電路210讀出且傳送到功能邏輯215。讀出電路210可包含放大電路、模/數(shù)(“ADC”)轉(zhuǎn)換電路或其它。功能邏輯215可僅存儲所述圖像數(shù)據(jù)或甚至通過應(yīng)用后圖像效應(yīng)(例如,剪裁、旋轉(zhuǎn)、移除紅眼、調(diào)整亮度、調(diào)整對比度或其它)來操縱所述圖像數(shù)據(jù)。在一個實施例中,讀出電路210可沿讀出列線一次讀出一行圖像數(shù)據(jù)(所圖解說明)或可使用多種其它技術(shù)(未圖解說明)同時讀出圖像數(shù)據(jù),例如串行讀出或所有像素的并行讀出。控制電路220耦合到像素陣列205以控制像素陣列205的操作特性。舉例來說,控制電路220可產(chǎn)生用于控制圖像采集的快門信號。
[0026]圖3是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的成像陣列內(nèi)的兩個四晶體管(“4T”)像素的像素電路300的電路圖。像素電路300為用于實施圖2的像素陣列205內(nèi)的每一像素的一個可能像素電路架構(gòu)。然而,應(yīng)了解,本發(fā)明的實施例并不限于4T像素架構(gòu);而是,受益于本發(fā)明的所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解本發(fā)明教示還適用于3T設(shè)計、5T設(shè)計及各種其它像素架構(gòu)。
[0027]在圖3中,像素Pa及Pb布置成兩行及一列。每一像素電路300的所圖解說明實施例包含光電二極管H)、傳送晶體管Tl、復(fù)位晶體管T2、源極跟隨器(“SF”)晶體管T3、選擇晶體管T4及存儲電容器Cl。在操作期間,傳送晶體管Tl接收傳送信號TX,傳送信號TX將在光電二極管H)中積累的電荷傳送到浮動擴散節(jié)點FD。在一個實施例中,浮動擴散節(jié)點FD可耦合到用于暫時存儲圖像電荷的存儲電容器。
[0028]復(fù)位晶體管T2耦合于電源軌VDD與浮動擴散節(jié)點FD之間以在復(fù)位信號RST的控制下對像素進行復(fù)位(例如,將FD及ro放電或充電到預(yù)設(shè)定電壓)。浮動擴散節(jié)點FD經(jīng)耦合以控制SF晶體管T3的柵極。SF晶體管T3耦合于電源軌VDD與選擇晶體管T4之間。SF晶體管T3作為提供到浮動擴散部FD的高阻抗連接的源極跟隨器而操作。最后,選擇晶體管T4在選擇信號SEL的控制下將像素電路300的輸出選擇性地耦合到讀出列線。在一個實施例中,TX信號、RST信號及SEL信號由控制電路220產(chǎn)生。
[0029]圖4A及圖4B圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的包含傳送裝置425的圖像像素400的一部分。圖4B是圖像像素400的俯視圖且圖4A是沿圖4B的A-A’線的截面圖。圖4A的圖像像素400為像素陣列205內(nèi)的像素Pl到Pn的一個可能實施方案。圖像像素400的所圖解說明實施例包含P釘扎層405、光敏元件410、浮動擴散區(qū)域415、經(jīng)摻雜阱435、襯底層420及傳送裝置425。光敏元件410、經(jīng)摻雜阱435及浮動擴散區(qū)域415安置于襯底層420內(nèi)。P釘扎層405安置于光敏元件410上方。傳送裝置425安置于光敏元件410與浮動擴散區(qū)域415之間。
[0030]傳送裝置425的所圖解說明實施例包含共用柵極電極440、埋入式溝道摻雜劑區(qū)域450、表面溝道摻雜劑區(qū)域455及柵極絕緣層470??蓪TX430施加到共用柵極電極440以激活傳送裝置425。在所圖解說明的實施例中,柵極電極440除安置于表面溝道摻雜劑區(qū)域455上方(形成表面溝道裝置)之外還安置于埋入式溝道摻雜劑區(qū)域450上方(形成埋入式溝道裝置)。所述埋入式溝道裝置及所述表面溝道裝置串聯(lián)耦合于光敏元件410與浮動擴散區(qū)域415之間。埋入式溝道摻雜劑區(qū)域450可在共用柵極電極440下方對準,且埋入式溝道摻雜劑區(qū)域450的右邊緣可與共同柵極電極440的右邊緣齊平。表面溝道摻雜劑區(qū)域455可在共同柵極電極440下方且表面溝道區(qū)域455的左邊緣可鄰接光敏元件410的右邊緣。
[0031]VTX430可達到傳送裝置425的閾值電壓,從而接通傳送裝置425。當(dāng)接通傳送裝置425時,埋入式溝道460及表面溝道465形成串聯(lián),從而允許電荷載子在光敏元件410與浮動擴散區(qū)域415之間流動。埋入式溝道460及表面溝道465共同構(gòu)成傳送裝置425的溝道。在一個實施例中,傳送裝置425可經(jīng)配置以接收-1.2伏的VTX430以使傳送裝置425保持關(guān)斷。[0032]在所圖解說明的實施例中,光敏元件410及浮動擴散區(qū)域415為N型摻雜的,而阱435與光敏元件410及浮動擴散區(qū)域415的N型摻雜劑相反地(P型)摻雜。埋入式溝道摻雜劑區(qū)域450摻雜為N型。在所圖解說明的實施例中,表面溝道摻雜劑區(qū)域455為P型摻雜的。在替代實施例中,表面溝道區(qū)域455可摻雜為N型或根本不摻雜。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解,在替代實施例中,可使所圖解說明實施例中的摻雜極性相反。
[0033]在所圖解說明的實施例中,埋入式溝道摻雜劑區(qū)域450及光敏元件410兩者均為N型摻雜的,而表面溝道摻雜劑區(qū)域455為P型摻雜的,從而有助于來自光電二極管的電子的更受控傳送,這是因為存在用于傳送電子的輕微能量勢壘。埋入式溝道摻雜劑區(qū)域450可意指傳送裝置425稱為部分埋入式溝道傳送柵極。表面溝道摻雜劑區(qū)域455的長度由埋入式溝道摻雜劑區(qū)域450的存在限制且致使勢壘有效性的減小。在曝光周期(傳送裝置425關(guān)斷)期間,由N型摻雜的光敏元件410積累的電荷可保持于光敏元件410內(nèi),除非其幾乎為全容量或接近全容量。在一個實例中,進入表面溝道摻雜劑區(qū)域455的電子可“穿通”到埋入式溝道摻雜劑區(qū)域450及浮動擴散區(qū)域415。所圖解說明實施例的此特征促使電荷載子從光敏元件410溢出到浮動擴散區(qū)域415中而非流動到相鄰像素的光敏元件而引起模糊。通過調(diào)整埋入式溝道摻雜劑區(qū)域450與表面溝道區(qū)域455的長度之間的比率,可調(diào)諧模糊閾值。舉例來說,當(dāng)表面溝道區(qū)域455變短時,對過剩電荷溢出到浮動擴散區(qū)域415中的勢壘減小,借此進一步抑制模糊。
[0034]在所圖解說明的實施例中,埋入式溝道摻雜劑區(qū)域450與襯底相反地摻雜。因此,當(dāng)接通傳送裝置425時,電荷載子在表面下面(意指在柵極絕緣層470與埋入式溝道摻雜劑區(qū)域450的相交點下面)被推動。埋入式溝道460圖解說明在表面下面流動的電荷載子。在表面下面流動的電荷載子可將較少噪音引入到電信號中,這是因為所述電荷載子不會遇到柵極絕緣層(例如,氧化硅)與埋入式溝道摻雜劑區(qū)域(例如,N型摻雜的硅)之間的非均勻性。
[0035]圖5是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的電子與結(jié)構(gòu)的相對能級之間的關(guān)系的圖表。圖5圖解說明電子可在圖像像素400中經(jīng)歷的相對能級。在所述圖表上,表面溝道摻雜劑區(qū)域455具有最高能級;埋入式溝道摻雜劑區(qū)域450具有第二高能級;光敏元件410具有第三高能級;浮動擴散區(qū)域415具有最低相對能級。當(dāng)電子在表面溝道摻雜劑區(qū)域455中時,圖4A中所圖解說明的結(jié)構(gòu)的能級促使電子朝向浮動擴散區(qū)域415流動,而不論傳送柵極425是接通還是關(guān)斷。當(dāng)傳送柵極關(guān)斷時,與P型表面溝道摻雜劑區(qū)域455及N型埋入式溝道區(qū)域450組合的N型柵極440致使使敏感元件410溢流的電子朝向浮動擴散區(qū)域415流動。當(dāng)接通傳送柵極時,盡管表面溝道裝置具有比埋入式溝道裝置低的閾值電壓,但仍大多維持圖5中的相對能級。結(jié)果為在傳送裝置425下方產(chǎn)生的任何暗電流可能朝向浮動擴散區(qū)域415漂移。此特征防止白色像素形成,且通過阻止電子在傳送事件之后被往回發(fā)送到光敏元件410而減小圖像滯后。
[0036]圖6是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于制造傳送裝置的過程的流程圖。過程600為如何制作圖像像素400的傳送裝置425的一個實例。過程框中的一些或所有過程框在每一過程中出現(xiàn)的次序不應(yīng)視為限制性。而是,受益于本發(fā)明的所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解,可以未圖解說明的多種次序或甚至并行執(zhí)行過程框中的一些過程框。
[0037]在過程框605中,在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上形成埋入式溝道裝置掩模。在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上圖案化所述埋入式溝道裝置掩模以隔離所述埋入式溝道裝置將駐留的區(qū)域。現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的一實例可為P釘扎層405、光敏元件410、浮動擴散區(qū)域415、襯底層420、柵極440、埋入式溝道摻雜劑區(qū)域450及表面溝道區(qū)域455的組合。然而,在過程框605處,柵極440、埋入式溝道摻雜劑區(qū)域450及表面溝道區(qū)域455可能尚未含有圖4A中所圖解說明的摻雜。舉例來說,在過程框605處,將使埋入式溝道摻雜劑區(qū)域450及表面溝道摻雜劑區(qū)域455在“印i”層中輕摻雜為P。
[0038]在過程框610處,可使用高能量離子植入在埋入式溝道摻雜劑區(qū)域450中植入N型摻雜劑(例如,砷或磷)。用以植入磷的能級可為150千電子伏特(keV)。磷的摻雜劑植入劑量可為lX1012cm_2。在一個實施例中,N型摻雜劑在埋入式溝道區(qū)域450中的深度為IOnm到30nm。高能量離子束在其通往植入埋入式溝道摻雜劑區(qū)域450的道路上通過柵極440。在過程框615中,移除埋入式溝道裝置掩模。在過程框620中,形成表面溝道裝置掩模。在過程框625中,在表面溝道區(qū)域455中形成表面溝道摻雜劑(圖4A中的所圖解說明實施例中的P型摻雜劑)。
[0039]包含發(fā)明摘要中所描述的內(nèi)容的本發(fā)明的所圖解說明實施例的以上說明并不打算為窮盡性或?qū)⒈景l(fā)明限制于所揭示的精確形式。雖然出于說明性目的而在本文中描述本發(fā)明的特定實施例及實例,但如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到,可在本發(fā)明的范圍內(nèi)做出各種修改。
[0040]可依據(jù)以上詳細說明對本發(fā)明做出這些修改。所附權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語不應(yīng)理解為將本發(fā)明限制于說明書中所揭示的特定實施例。而是,本發(fā)明的范圍將完全由所附權(quán)利要求書確定,所述權(quán)利要求書將根據(jù)權(quán)利要求解釋的所創(chuàng)建原則來加以理解。
【權(quán)利要求】
1.一種圖像傳感器像素,其包括: 光敏元件,其安置于襯底層中以用于響應(yīng)于光而積累圖像電荷; 浮動擴散“FD”區(qū)域,其安置于所述襯底層中以從所述光敏元件接收所述圖像電荷;及傳送裝置,其安置于所述光敏元件與所述FD區(qū)域之間以將所述圖像電荷從所述光敏元件選擇性地傳送到所述FD區(qū)域,所述傳送裝置包含: 柵極,其安置于所述光敏元件與所述浮動擴散區(qū)域之間; 埋入式溝道摻雜劑區(qū)域,其經(jīng)安置而鄰近于所述FD區(qū)域且在所述柵極下方 '及表面溝道區(qū)域,其安置于所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域與所述光敏元件之間且安置于所述柵極下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素,其中所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域的長度與所述表面溝道區(qū)域的長度的比率經(jīng)調(diào)諧以在所述光敏元件接近全容量且所述傳送裝置關(guān)斷時允許電子從所述光敏元件穿通到所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素,其進一步包括形成于所述襯底層中的經(jīng)摻雜阱,其中所述FD區(qū)域安置于所述經(jīng)摻雜阱中,所述經(jīng)摻雜阱在所述FD區(qū)域下面延伸且在所述FD區(qū)域與所述表面溝道摻雜劑區(qū)域之間延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素,其中所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域鄰接所述FD區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素,其中所述柵極及所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域形成埋入式溝道裝置,且其中所述柵極及所述表面區(qū)域形成表面溝道裝置,其中所述表面溝道裝置具有比所述埋入式溝道裝置低的閾值電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素,其中所述光敏元件、所述FD區(qū)域、所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域及所述柵極為N型摻雜的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像傳感器像素,其中所述表面溝道區(qū)域為P型摻雜的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素,其中所述傳送裝置經(jīng)配置而以負電壓關(guān)斷。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素,其中所述表面溝道區(qū)域與所述埋入式溝道區(qū)域串聯(lián)耦合于所述光敏元件與所述FD區(qū)域之間。
10.一種成像系統(tǒng),其包括: 成像像素陣列;及 讀出電路,其耦合到所述成像像素陣列以從圖像傳感器像素中的每一者讀出圖像數(shù)據(jù),其中所述成像像素陣列中的每一成像像素包含: 光敏元件,其安置于襯底層中以用于響應(yīng)于光而積累圖像電荷; 浮動擴散“FD”區(qū)域,其安置于所述襯底層中以從所述光敏元件接收所述圖像電荷;及傳送裝置,其安置于所述光敏元件與所述FD區(qū)域之間以將所述圖像電荷從所述光敏元件選擇性地傳送到所述FD區(qū)域,所述傳送裝置包含: 柵極,其安置于所述光敏元件與所述浮動擴散區(qū)域之間; 埋入式溝道摻雜劑區(qū)域,其經(jīng)安置而鄰近于所述FD區(qū)域處且在所述柵極下方;及表面溝道區(qū)域,其安置于所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域與所述光敏元件之間且安置于所述柵極下方。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成像系統(tǒng),其中所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域的長度與所述表面溝道區(qū)域的長度的比率經(jīng)調(diào)諧以在所述光敏元件接近全容量且所述傳送裝置關(guān)斷時允許電子從所述光敏元件穿通到所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成像系統(tǒng),其進一步包括形成于所述襯底層中的經(jīng)摻雜阱,其中所述FD區(qū)域安置于所述經(jīng)摻雜阱中,所述經(jīng)摻雜阱在所述FD區(qū)域下面延伸且在所述FD區(qū)域與所述表面溝道摻雜劑區(qū)域之間延伸。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成像系統(tǒng),其中所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域鄰接所述FD區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成像系統(tǒng),其中所述柵極及所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域形成埋入式溝道裝置,且其中所述柵極及所述表面區(qū)域形成表面溝道裝置,其中所述埋入式溝道裝置具有比所述表面溝道裝置高的閾值電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成像系統(tǒng),其中所述光敏元件、所述FD區(qū)域、所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域及所述柵極為N型摻雜的。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的成像系統(tǒng),其中所述表面溝道區(qū)域為P型摻雜的。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成像系統(tǒng),其中所述傳送裝置經(jīng)配置而以負電壓關(guān)斷。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的成像系統(tǒng),其中所述表面溝道區(qū)域與所述埋入式溝道區(qū)域串聯(lián)耦合于所述光敏元件與所述FD區(qū)域之間。
19.一種制作圖像傳感器像素的方法,所述方法包括:` 在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成埋入式溝道裝置掩模,從而隔離埋入式溝道裝置將安置之處; 使用高能量離子植入將第一摻雜劑植入到埋入式溝道摻雜劑區(qū)域中,其中包含所述第一摻雜劑的離子束在植入到所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域中之前行進通過多晶硅柵極,所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域安置于所述圖像傳感器像素的光敏元件與所述圖像傳感器像素的浮動擴散“FD”區(qū)域之間; 移除所述埋入式溝道裝置掩模; 在所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成表面溝道裝置掩模,從而隔離表面溝道裝置將安置之處;及 將第二摻雜劑植入到表面溝道摻雜劑區(qū)域中,所述表面溝道摻雜劑區(qū)域安置于所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域與所述光敏元件之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法,其中所述埋入式溝道摻雜劑區(qū)域鄰接所述浮動擴散區(qū)域。
【文檔編號】H01L27/146GK103730397SQ201310350125
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月11日
【發(fā)明者】陳剛, 戴幸志, 毛杜立, 傅振宏 申請人:全視科技有限公司