像素單元、成像系統(tǒng)及在像素單元中制作光學(xué)隔離結(jié)構(gòu)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般來說涉及半導(dǎo)體處理。更具體來說,本發(fā)明的實(shí)例與具有全局快門的圖像傳感器像素單元的半導(dǎo)體處理有關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于高速圖像傳感器,可使用全局快門來捕獲快速移動(dòng)的物體。全局快門通常使得圖像傳感器中的所有像素單元能夠同時(shí)捕獲圖像。對(duì)于較慢移動(dòng)的物體,使用較普通的滾動(dòng)快門。滾動(dòng)快門通常以一順序捕獲圖像。舉例來說,可依序啟用二維(“2D”)像素單元陣列內(nèi)的每一行,使得單個(gè)行內(nèi)的每一像素單元同時(shí)捕獲圖像,但以滾動(dòng)順序啟用每一行。如此,每一像素單元行在不同圖像獲取窗期間捕獲圖像。對(duì)于緩慢移動(dòng)的物體,每一行之間的時(shí)間差可產(chǎn)生圖像失真。對(duì)于快速移動(dòng)的物體,滾動(dòng)快門可導(dǎo)致沿著物體的移動(dòng)軸的可感知伸長(zhǎng)失真。
[0003]為實(shí)施全局快門,存儲(chǔ)電容器或存儲(chǔ)晶體管可用于暫時(shí)存儲(chǔ)由陣列中的每一像素單元獲取的圖像電荷同時(shí)其等待從像素單元陣列讀出。當(dāng)使用全局快門時(shí),通常使用轉(zhuǎn)移晶體管來將圖像電荷從光電二極體轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)晶體管,且接著使用輸出晶體管來將所存儲(chǔ)圖像電荷從存儲(chǔ)晶體管轉(zhuǎn)移到像素單元的讀出節(jié)點(diǎn)。影響具有全局快門的圖像傳感器像素單元的性能的因素包含全局快門效率、暗電流、白色像素及圖像滯后。一般來說,全局快門像素性能隨著全局快門效率改進(jìn)而改進(jìn)。全局快門效率為對(duì)信號(hào)電荷可在不被寄生光及/或電串?dāng)_污染的情況下存儲(chǔ)于存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)中的良好程度的度量。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]在一個(gè)方面中,本申請(qǐng)案提供一種像素單元,其包括:光電二極管,其安置于半導(dǎo)體材料中以響應(yīng)于經(jīng)引導(dǎo)到所述光電二極管的入射光而積累圖像電荷;全局快門柵極晶體管,其安置于所述半導(dǎo)體材料中且耦合到所述光電二極管以選擇性地耗盡來自所述光電二極管的所述圖像電荷;存儲(chǔ)晶體管,其安置于所述半導(dǎo)體材料中以存儲(chǔ)所述圖像電荷;及光學(xué)隔離結(jié)構(gòu),其安置于所述半導(dǎo)體材料中接近于所述存儲(chǔ)晶體管以隔離所述存儲(chǔ)晶體管的側(cè)壁與所述半導(dǎo)體材料中的在所述存儲(chǔ)晶體管外側(cè)的雜散光及雜散電荷,其中所述光學(xué)隔尚結(jié)構(gòu)填充有媽。
[0005]在另一方面中,本申請(qǐng)案提供一種成像系統(tǒng),其包括:像素單元的像素陣列,其中所述像素單元中的每一者包含:光電二極管,其安置于半導(dǎo)體材料中以響應(yīng)于經(jīng)引導(dǎo)到所述光電二極管的入射光而積累圖像電荷;全局快門柵極晶體管,其安置于所述半導(dǎo)體材料中且耦合到所述光電二極管以選擇性地耗盡來自所述光電二極管的所述圖像電荷;存儲(chǔ)晶體管,其安置于所述半導(dǎo)體材料中以存儲(chǔ)所述圖像電荷;及光學(xué)隔離結(jié)構(gòu),其安置于所述半導(dǎo)體材料中接近于所述存儲(chǔ)晶體管以隔離所述存儲(chǔ)晶體管的側(cè)壁與所述半導(dǎo)體材料中的在所述存儲(chǔ)晶體管外側(cè)的雜散光及雜散電荷,其中所述光學(xué)隔離結(jié)構(gòu)填充有鎢;控制電路,其耦合到所述像素陣列以控制所述像素陣列的操作;及讀出電路,其耦合到所述像素陣列以從所述多個(gè)像素讀出圖像數(shù)據(jù)。
[0006]在另一方面中,本申請(qǐng)案提供一種在具有全局快門的像素單元中制作光學(xué)隔離結(jié)構(gòu)的方法,所述方法包括:在所述像素單元的半導(dǎo)體材料中緊挨著所述像素單元的存儲(chǔ)晶體管形成深溝槽隔離開口 ;在所述深溝槽隔離開口的內(nèi)部側(cè)壁上方形成鈍化物;在所述深溝槽隔離開口的所述鈍化物上方形成薄氧化物;用氮化鈦涂覆所述深溝槽隔離開口的所述內(nèi)部側(cè)壁;用鎢填充所述深溝槽隔離開口 ;及在所述深溝槽隔離開口中的所述鎢上方形成保護(hù)層,其中所述保護(hù)層包含氧化物或氮化物中的一者,其中所述光學(xué)隔離結(jié)構(gòu)隔離所述存儲(chǔ)晶體管與所述半導(dǎo)體材料中的在所述存儲(chǔ)晶體管外側(cè)的雜散光及雜散電荷。
【附圖說明】
[0007]參考以下各圖描述本發(fā)明的非限制性及非窮盡性實(shí)例,其中貫穿各種視圖,相似元件符號(hào)是指相似部件,除非另有規(guī)定。
[0008]圖1是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的教示的包含隔離的全局像素存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的像素單元的一個(gè)實(shí)例的示意圖。
[0009]圖2是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的教示的包含隔離的全局像素存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的像素單元的一個(gè)實(shí)例的一部分的橫截面圖。
[0010]圖3是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的教示的制作隔離結(jié)構(gòu)以隔離全局像素存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的實(shí)例性過程的流程圖。
[0011]圖4是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的教示的包含像素陣列的成像系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例的圖式,所述像素陣列包含具有隔離的全局像素存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的像素單元。
[0012]在圖式的所有數(shù)個(gè)視圖中,對(duì)應(yīng)元件符號(hào)指示對(duì)應(yīng)組件。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解,圖中的元件是為簡(jiǎn)單及清晰起見而圖解說明,且未必按比例繪制。舉例來說,圖中的元件中的一些元件的尺寸可能相對(duì)于其它元件而夸大以有助于改進(jìn)對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施例的理解。此外,通常未描繪在商業(yè)上可行的實(shí)施例中有用或必需的常見而眾所周知的元件以便促進(jìn)對(duì)本發(fā)明的這些各種實(shí)施例的較不受阻擋的觀察。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如將展示,揭示針對(duì)于隔離的全局快門像素存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的方法及設(shè)備。在以下描述中,陳述眾多特定細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。在以下描述中,陳述眾多特定細(xì)節(jié)以便提供對(duì)實(shí)施例的透徹理解。然而,相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到,本文中所描述的技術(shù)可在不具有特定細(xì)節(jié)中的一或多者的情況下或借助其它方法、組件、材料等來實(shí)踐。在其它實(shí)例中,未詳細(xì)展示或描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作以避免使某些方面模糊。
[0014]貫穿此說明書對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”、“一實(shí)施例”、“一個(gè)實(shí)例”或“一實(shí)例”的提及意指結(jié)合實(shí)施例或?qū)嵗枋龅奶囟ㄌ卣?、結(jié)構(gòu)或特性包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或?qū)嵗?。因此,貫穿此說明書的各個(gè)地方中出現(xiàn)的例如“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在一個(gè)實(shí)例中”的短語未必全部是指相同實(shí)施例或?qū)嵗4送?,在一或多個(gè)實(shí)施例或?qū)嵗?,可以任何適合方式來組合特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。下文是通過參考附圖對(duì)在本發(fā)明的實(shí)例的描述中所使用的術(shù)語及元件的詳細(xì)說明。
[0015]如將展示,揭示包含被填充有鎢的一或多個(gè)深溝槽光學(xué)隔離結(jié)構(gòu)環(huán)繞的存儲(chǔ)晶體管的全局快門像素單元。如下文將進(jìn)一步詳細(xì)地論述,鎢填充的深溝槽光學(xué)隔離結(jié)構(gòu)隔離全局快門像素單元的存儲(chǔ)晶體管的側(cè)壁與寄生雜散光及/或雜散電荷以免進(jìn)入存儲(chǔ)晶體管。因此,改進(jìn)全局快門效率,因?yàn)楦綦x存儲(chǔ)于存儲(chǔ)晶體管中的圖像電荷與由寄生雜散光引起的污染物,此減少由于寄生雜散光而在存儲(chǔ)晶體管中產(chǎn)生的電子空穴對(duì)。另外,根據(jù)本發(fā)明的教示,防止雜散電荷進(jìn)入存儲(chǔ)晶體管,此減少深硅電串?dāng)_。
[0016]為圖解說明,圖1是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的教示的具有全局快門及隔離的全局快門像素存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的像素單元100的一個(gè)實(shí)例的示意圖。在實(shí)例中,像素單元100可為像素陣列中的多個(gè)像素單元中的一者。如所描繪的實(shí)例中所展示,像素單元100包含全局快門柵極晶體管102、光電二極管104、轉(zhuǎn)移晶體管106、存儲(chǔ)晶體管108、輸出晶體管110、讀出節(jié)點(diǎn)114、復(fù)位晶體管112、放大器晶體管116及親合到位線178的行選擇晶體管118。在一個(gè)實(shí)例中