用于圖像傳感器的光敏電容器像素的制作方法
【專利摘要】本申請案涉及用于圖像傳感器的光敏電容器像素。揭示一種圖像傳感器像素及圖像傳感器以及制造圖像傳感器像素及圖像傳感器的方法。所述圖像像素包含光敏電容器及晶體管網(wǎng)絡。所述光敏電容器包含電極、導電層、電介質層以及光敏半導體材料。所述導電層被安置在所述電極周圍，且所述電介質層形成于所述導電層與所述電極之間。所述光敏半導體材料是用于響應于圖像光產(chǎn)生圖像信號且被安置于所述電介質層與所述電極之間。所述晶體管網(wǎng)絡經(jīng)耦合以從所述光敏電容器的所述電極讀出所述圖像信號。
【專利說明】
用于圖像傳感器的光敏電容器像素
技術領域
[0001] 本發(fā)明大體上涉及圖像感測，且更特定來說涉及作為圖像傳感器內的像素的光敏 電容器。
【背景技術】
[0002] 圖像傳感器是一種將光(呈光學圖像的形式)轉換成電子信號的電子裝置?，F(xiàn)代圖 像傳感器通常為半導體電荷耦合裝置（"CCD"）或使用互補金屬氧化物半導體（"CMOS"）技術 制造的有源像素傳感器。
[0003] 在許多現(xiàn)代電子裝置中CMOS圖像傳感器已經(jīng)變得無處不在。手機、膝上型計算機 及相機都可利用CMOS圖像傳感器作為主要的圖像/光檢測方法。裝置制造者正努力減小成 本及提高圖像傳感器的性能以滿足零售及商業(yè)需求?，F(xiàn)有CMOS圖像傳感器制造與標準CMOS 制造過程不同，其給制造圖像傳感器添加了額外的步驟、時間及成本。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明一方面涉及一種圖像傳感器像素，其包括:光敏電容器，其包括:沿著軸延 伸的電極;安置在所述電極周圍的導電層；電介質層，其形成于所述導電層與所述電極之間 使得所述導電層不接觸所述電極；以及光敏半導體材料，其用于響應于圖像光產(chǎn)生圖像信 號，其中所述光敏半導體材料安置于所述電介質層與所述電極之間；以及晶體管網(wǎng)絡，其經(jīng) 耦合以從所述光敏電容器的所述電極讀出所述圖像信號。
[0005] 在本發(fā)明的另一方面，一種圖像傳感器包括:具有前側及背側的半導體襯底層;沿 著所述半導體襯底層的所述前側耦合的互連層；用于捕獲圖像的像素陣列，其中所述像素 陣列中的每一像素包含晶體管網(wǎng)絡及光敏電容器，且其中沿著所述半導體襯底層的所述前 側安置所述晶體管網(wǎng)絡，且所述光敏電容器安置于所述互連層內且經(jīng)定位以成為前側照明 的，所述光敏電容器包括:沿著軸延伸的電極，導電層安置在所述電極的周圍；形成于所述 導電層與所述電極之間的電介質層；以及光敏半導體材料，其用于響應于圖像光產(chǎn)生圖像 信號，其中所述光敏半導體材料安置于所述電介質層與所述電極之間，所述晶體管網(wǎng)絡經(jīng) 耦合以從所述光敏電容器的所述電極讀出所述圖像信號。
[0006] 在本發(fā)明的另一方面，一種制造用于圖像傳感器的像素陣列的方法包括:沿著半 導體襯底的前側在所述半導體襯底層中形成晶體管網(wǎng)絡;針對所述像素陣列中的每個像素 形成接觸元件，其中每一接觸元件電耦合到所述晶體管網(wǎng)絡內的晶體管;在所述半導體襯 底層的所述前側上方形成互連層，其中所述互連層是用于協(xié)助控制所述晶體管網(wǎng)絡，且其 中所述互連層包含覆蓋所述接觸元件的電介質；在所述互連層中形成腔，其中在所述接觸 元件上方形成所述腔;沿著所述腔的腔壁形成導電層;在所述腔內的所述導電層上方形成 電介質層;在所述腔內且在所述電介質層上方沉積光敏半導體材料;在所述接觸元件上方 形成電極腔，其中所述電極腔延伸到所述接觸元件;運用導電材料至少局部填充所述電極 腔以形成電極，其中所述電極、所述導電層及所述光敏半導體材料形成光敏電容器，所述光 敏電容器經(jīng)配置以響應于圖像光而改變由所述接觸元件接收的圖像信號。
【附圖說明】
[0007] 參考以下圖式描述本發(fā)明的非限制及非詳盡實施例，其中貫穿各種視圖相似的元 件符號指代相似部件，除非另有說明。
[0008] 圖1為示意性說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的成像系統(tǒng)的一個實例的框圖，所述成像 系統(tǒng)包含像素陣列，所述像素陣列包含光敏電容器像素。
[0009] 圖2說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的包含于像素中的光敏電容器的一個實例。
[0010]圖3A到31展示根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于制造光敏電容器像素的實例過程。
[0011] 圖4說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的耦合到包含于像素中的晶體管的柵極的光敏電容 器的一個實例。
[0012] 圖5展示在像素中使用低溫多晶硅及透明電極的現(xiàn)有方法的示意模型。
[0013] 圖6說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的包含光敏電容器的像素的示意模型。
[0014] 圖7A到B說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的包含耦合到像素的晶體管的柵極的光敏電容 器的像素的示意模型。
[0015] 圖7C說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于操作圖7A中說明的像素的實例時序圖。
【具體實施方式】
[0016] 本文中描述圖像傳感器像素及包含光敏電容器的圖像傳感器的實施例。在本發(fā)明 中還描述制造及操作包含光敏電容器的像素的方法。在以下描述中，陳述眾多特定細節(jié)以 提供對實施例的詳盡理解。然而，相關領域的技術人員將認識到，可無需運用所述特定細節(jié) 中的一或多者或運用其它方法、組件、材料等等而實踐本文中描述的技術。在其它情況中， 未詳細展示或描述眾所周知的結構、材料或操作以避免使某些方面模糊。
[0017] 貫穿此說明書對"一個實施例"、"實施例"的參考意味著與所述實施例相結合而描 述的特定特征、結構或特性包含于本發(fā)明的至少一個實施例中。因此，貫穿此說明書在多個 地方出現(xiàn)短語例如"在一個實施例中"或"在實施例中"并不一定都指代相同的實施例。此 外，在一或多個實施例中特定的特征、結構或特性可以任何合適的方式組合。
[0018] 圖1為示意性說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的成像系統(tǒng)100的一個實例的框圖，成像系 統(tǒng)100包含光敏電容器像素的像素陣列102。成像系統(tǒng)100包含像素陣列102、控制電路108、 讀出電路104及功能邏輯106。如所描繪的實例中展示，成像系統(tǒng)100包含耦合到控制電路 108的像素陣列102及讀出電路104。讀出電路104耦合到功能邏輯106?？刂齐娐?08耦合到 像素陣列1 〇 2以控制像素陣列10 2的操作特性以便捕獲通過由像素陣列10 2接收的圖像光產(chǎn) 生的圖像。舉例來說，控制電路108可產(chǎn)生用于控制圖像采集的一快門信號或多個快門信 號。
[0019] 在一個實例中，像素陣列102為圖像傳感器或像素110(舉例來說，像素P1、P2…… Pn)的二維(2D)陣列。在一個實例中，每一像素110包含光敏電容器，其耦合到晶體管以協(xié)助 讀出。如說明，每一像素110被布置成行(舉例來說，行R1到Ry)及列(舉例來說，列C1到Cx)以 采集個人、位置、物體等等的圖像數(shù)據(jù)，接著可使用所述圖像數(shù)據(jù)再現(xiàn)所述個人、位置、物體 等等的圖像。
[0020] 在一個實例中，在每一像素110已采集其圖像數(shù)據(jù)或圖像電荷之后，接著由讀出電 路104通過讀出列112讀出圖像數(shù)據(jù)且將其轉移到功能邏輯106。在各種實例中，讀出電路 104可包含放大電路、模/數(shù)(ADC)轉換電路或其它。功能邏輯106可簡單存儲圖像數(shù)據(jù)或甚 至通過應用后圖像效果(舉例來說，剪裁、旋轉、消除紅眼、調整亮度、調整對比度或其它)操 縱所述圖像數(shù)據(jù)。在一個實例中，讀出電路104可沿著讀出列線一次讀出一行圖像數(shù)據(jù)（已 說明），或可使用例如串行讀出或同時全并行讀出所有像素的多種其它技術(未說明）來讀 出所述圖像數(shù)據(jù)。
[0021] 圖2說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的包含于像素210中的光敏電容器230的實例的橫截 面。像素210為像素110的一個實例。像素210包含光敏電容器230,光敏電容器230包含電極 235、導電層233、電介質層232及光敏半導體材料231。電極235用作光敏電容器230的一個導 體或"板"，且導電層233用作光敏電容器230的第二導體或"板"。在一個實施例中，導電層 233成形為像一根管。電介質層232使導電層233從光敏半導體材料231隔離，光敏半導體材 料231安置于電極235與電介質層232之間。在一個實施例中，光敏半導體材料231包含低溫 多晶硅。在一個實施例中，光敏半導體材料231包含非晶多晶硅。非晶多晶硅通常阻斷大于 650nm的波長。使用非晶多晶硅作為光敏半導體材料231可能允許消除像素410上方的紅外 濾波器以拒絕非可見光譜以上的光。導電層233可為金屬，例如氮化鈦（"TiN"）或氮化鉭 ("TaN"）。
[0022]在操作上，光敏半導體材料231沿著電極235沿著其延伸的軸接收圖像光205。圖像 光205可在遇到光敏半導體材料231之前傳播通過鈍化層243。圖像光205還可在遇到光敏半 導體材料231之前穿過未知的額外光學器件(舉例來說，透鏡)及濾波器(舉例來說，彩色濾 光器）。光敏半導體材料231響應于接收圖像光205產(chǎn)生呈光電子形式的圖像信號。所述光電 子經(jīng)由電極235(且在所說明的實施例中經(jīng)由金屬連接件236)流動到存儲節(jié)點221。在曝光 持續(xù)時間（又稱為"積分時期"）之后，由電荷存儲節(jié)點221中的圖像信號產(chǎn)生的圖像電荷可 被轉移到浮動漏極223且最終由讀出電路讀出。轉移晶體管641包含柵極227、電荷存儲節(jié)點 221及浮動擴散223。為了將圖像電荷從電荷存儲節(jié)點221轉移到浮動擴散223,通過將電壓 施加到柵極227激活轉移晶體管641。通常，負電壓將激活P型晶體管而正電壓(超過閾值電 壓)將激活N型晶體管。
[0023]在圖2中，沿著半導體襯底280的前側281安置轉移晶體管641。前側281與半導體襯 底280的背側282相對。半導體襯底280可為P摻雜硅，且存儲節(jié)點221及浮動擴散223可為N摻 雜的。圖2展示像素210為前側照明像素，且所屬領域的技術人員可將包含于像素陣列210中 的圖像傳感器視為前側照明圖像傳感器，因為圖像光205將在遇到背側282之前遇到襯底 280的前側281。相比之下，背側照明圖像傳感器通常薄化半導體襯底的背側，使得存儲節(jié)點 221(用作光電二極管)從經(jīng)薄化的半導體襯底的背側接收圖像光。具有常規(guī)光電二極管像 素的背側照明圖像傳感器通常提供比具有常規(guī)光電二極管像素的前側照明圖像傳感器好 的光學效率，因為圖像光無須行進通過吸收一部分圖像光的互連層（用于控制光電二極管 的讀出）。
[0024]在圖2中，圖像光205無須通過互連層行進到光電二極管。實情是，圖像光205遇到 光敏電容器230的光敏半導體材料231，而無需行進通過包含金屬層251、252及層間電介質 290的互連層。在所說明的實施例中，電極235沿著軸延伸且光敏半導體材料231被同軸安置 在電極235周圍。在一個實施例中，電極235為圓柱形的，盡管在其它實施例中其可被不同地 成形。在所說明的實施例中，光敏半導體材料231被成形為集中在電極沿其延伸的軸周圍的 倒截錐。在所說明的實施例中，所述倒截錐的較寬端經(jīng)定位以接收圖像光205。較寬端與最 靠近電荷存儲節(jié)點221的所述倒截錐的較窄端相對。
[0025]在一個實施例中，電極235由高度摻雜(N+)的低溫多晶硅組成。在另一實施例中， 電極235為金屬。在一個實施例中，電介質層232為高K電介質。在一個實施例中，電介質層 232為具有固定的負電荷的帶負電荷的材料。負電荷層可誘導電介質層232與光敏半導體材 料231的界面處的耗盡區(qū)，此將防止光生電子過濾進入電介質層中。實情為，光生電子將更 可能朝向電極235流動且最終進入電荷存儲節(jié)點221中。當然，電介質層232還用作導電層 233與光敏半導體材料231之間的非導電緩沖層。在一個實施例中，針對負電荷層使用鉿鋁 氧化物。
[0026]圖3A到31展示根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于制造光敏電容器像素210的實例過程。 應理解，所揭示的用以制造一個像素的技術可用以在半導體襯底上制造光敏電容器像素陣 列。
[0027]圖3A展示可為P摻雜硅的半導體襯底280。支撐每一像素的晶體管網(wǎng)絡形成于襯底 280中，盡管圖3A中并未展示所有晶體管。下文將結合圖6及7A論述晶體管網(wǎng)絡且其可取決 于所實施的特定實施例而不同。晶體管641包含存儲節(jié)點221、柵極227及浮動擴散223。可使 用常規(guī)方法沿著襯底280的前側281形成存儲節(jié)點221、柵極227及浮動擴散223以形成CMOS 晶體管(舉例來說，擴散或植入）。也可沿著襯底280的前側281形成晶體管網(wǎng)絡中的其它晶 體管（圖3A中未展示）。
[0028]在所說明的實施例中，存儲節(jié)點221包含P釘扎層262,其可減小襯底280與形成于 圖3B中的層間電介質290之間的界面處的暗電流。接觸層261形成于存儲節(jié)點221中。與存儲 節(jié)點221的N-摻雜相比，接觸層261可為N+摻雜的。
[0029]圖3B展示在實例制造過程中的下一階段。在圖3B中，高K電介質層263形成在電荷 存儲節(jié)點221上方且互連層形成在半導體襯底280的前側281上?；ミB層協(xié)助控制像素晶體 管網(wǎng)絡以讀出光敏電容器。互連層包含金屬層251及252,也包含層間電介質290。接觸元件 236經(jīng)形成以連接到接觸層261。接觸元件236可經(jīng)形成作為第一金屬層251的形成部分。在 圖3B中，接觸元件236包含向下延伸到接觸層261的變黑的矩形。在接觸元件236形成之后， 層間電介質290形成在接觸元件236上方。在層間電介質290形成在金屬層上方之后，腔293 形成于接觸元件236上方的層間電介質290中。
[0030]圖3C展示實例制造過程中的另一階段。在圖3C中，導電層233被沉積于腔293中、腔 293的側壁上以及層間電介質290上。在一些實施例中，在導電層233前形成薄緩沖電介質層 (未展示），使得導電層233形成在薄緩沖電介質層上。在圖3D中，將導電層233的底部部分從 腔293的底板移除。舉例來說，可通過圖案化蝕刻移除導電層233的底部部分。在圖3E中，電 介質層232形成在腔293內的導電層233上方。
[0031]在圖3F中，在腔內且在電介質層232上方形成光敏半導體材料231。在一個實施例 中，光敏半導體材料231為低溫多晶硅。當多晶硅形成時，第一沉積部分可包含比隨后沉積 部分高的摻雜濃度(在一個實例中為P摻雜）。此導致具有梯度的低溫多晶硅沿著沿著電介 質層232的光敏半導體材料231的外部部分具有增加的摻雜濃度。導電層233可為反射的以 將所接收的圖像光205重新引導到光敏半導體材料231中。
[0032] 在圖3G中，電極腔237形成在接觸元件236上方。在圖3G中，電極腔237通過層間電 介質290、電介質232以及光敏半導體材料231延伸到接觸元件236。
[0033]在圖3H中，電極腔237填充有導電材料以形成電極235。在其它實施例中，腔237可 僅經(jīng)局部填充以形成電極235。在所說明的過程中，腔237界定電極235的形狀。腔237及電極 235可為圓柱形。電極235可為金屬或N+多晶硅。在電極235形成于電極腔237中之后，頂部電 介質層243形成在導電層233、光敏半導體材料231及電介質層232上方。
[0034]圖31展示制造過程中的下一階段。在圖31中，接合墊層253及遮光元件241形成在 頂部電介質層243上方。可從相同的金屬層圖案化接合墊層253及遮光元件241。可通過頂部 電介質層243形成導電通孔247以將電信號(舉例來說，偏置電壓)提供到導電層233。
[0035]圖5展示在像素501中使用低溫多晶硅及透明電極的現(xiàn)有方法的示意性模型。在像 素501中，模型化為二極管的存儲節(jié)點（SN)耦合到轉移晶體管TX以讀出光電二極管。具有透 明導電電極的多晶硅形成也耦合到轉移晶體管的肖特基(Schottky)二極管。當圖像光遇到 多晶硅時，由多晶硅產(chǎn)生的光電子影響存儲節(jié)點內的圖像電荷，可接著由轉移晶體管將圖 像電荷轉移到浮動擴散。
[0036]與圖5相比，圖6說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的包含光敏電容器230的像素601的示意 性模型。像素601包含耦合到轉移晶體管641的光敏電容器230。轉移晶體管641包含電荷存 儲節(jié)點221及浮動擴散223。電極235/236耦合到電荷存儲節(jié)點221。電極235/236為光敏電容 器230的一個"板"，且導電層233為光敏電容器230的另一"板"。當光敏電容器230接收圖像 光205時，在光敏半導體材料231中產(chǎn)生呈光電子形式的圖像信號。由光敏半導體材料231產(chǎn) 生的圖像信號將修改電極235/236及對應電荷存儲節(jié)點221上的電勢。轉移晶體管641包含 于經(jīng)耦合以從電極235/236讀出圖像電荷的晶體管網(wǎng)絡中。在圖6中，晶體管網(wǎng)絡包含轉移 晶體管(TX Tl)641、復位晶體管(RST T2)642、源極跟隨器晶體管(SF T3)643以及行選擇晶 體管（SEL Τ4)644。轉移晶體管網(wǎng)絡可通過將圖像電荷轉移到浮動擴散223來讀出圖像信 號。晶體管643放大圖像信號且當晶體管644被激活時，可將所述放大的信號讀出到讀出列 上?？墒褂闷秒妷?57偏置導電層233。當復位晶體管642被啟用時復位晶體管642可復位 浮動擴散223。導電層233上的偏置電壓657可為供給電極235/236更高電勢的負電壓，使得 當由圖像光205產(chǎn)生光電子時其將朝向電極235流動。
[0037]復位晶體管Τ2642在復位信號RST的控制下耦合于復位電壓VRST與浮動擴散Π )223 之間以復位像素601 (舉例來說，使ro放電或充電到預先設定的電壓）。復位電壓VRST被固定 到根據(jù)像素601的特定實施方案的預先設定的電壓。浮動擴散ro 223經(jīng)耦合以控制SF晶體 管T3643的柵極。SF晶體管T3耦合于電源軌VDD與行選擇晶體管T4644之間。SF晶體管T3643 操作作為將高阻抗連接提供到浮動擴散FD 223的源極跟隨器。在一個實施例中，由控制電 路108產(chǎn)生TX信號、RST信號及SEL信號。
[0038]圖4說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的耦合到包含于像素410中的晶體管的柵極427的光 敏電容器230的一個實例。像素410為像素110的一個實例。圖4類似于圖31中說明的像素，除 了電極235/236耦合到包含漏極421、源極423及柵極427的源極跟隨器晶體管743的柵極427 之外。當圖像光205在光敏半導體材料231中產(chǎn)生圖像信號時，其修改柵極427上的電勢?？?與圖31中說明的像素類似地制造圖4中說明的像素。像素410與像素210的不同之處在于，電 極235及觸點236耦合到柵極而不是耦合到電荷存儲節(jié)點。
[0039]圖7A說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的像素701的示意性模型，像素701包含耦合到像素 410的晶體管743的柵極427的光敏電容器230。當柵極427上的電勢由圖像信號修改時，在源 極423中產(chǎn)生放大的圖像信號。讀出圖像信號的晶體管網(wǎng)絡包含源極跟隨器晶體管SF 743 及經(jīng)耦合以將放大的圖像信號轉移到所說明的讀出列的行選擇晶體管SEL 744。復位晶體 管742任選地包含于晶體管網(wǎng)絡中且在曝光時期之后耦合到復位電極235/236及柵極427。
[0040] 圖7B展示光敏電容器C1230及電容器C2748的示意性模型，電容器C2748為晶體管 743的柵極電容。在光敏半導體材料231中產(chǎn)生電子的圖像光205用作兩個串聯(lián)的電容器之 間的電流源。如果電容器C2小于C1，就在跨越C2748的較大的電壓中反射C1230上的小的電 壓變化。通過以下給出串聯(lián)電容器的總電容：
[0041]
[0042] 其中CT為串聯(lián)的C1及C2的總電容。通過以下給出跨越C1230的電壓：
[0043]
[0044] 其中VI為跨越C1230的電壓且VB為偏置電壓757。通過以下給出跨越晶體管743的 柵極的電壓：
[0045]
[0046] 其中V2為跨越C2748的電壓。源極跟隨器晶體管中的柵極電容通常為小的，且因此 C2748的電容可經(jīng)設計以在C2748與C1230之間拆分偏置電壓757。如果源極跟隨器743為N 型，偏置電壓757就將為正電壓?？山?jīng)由耦合到接合墊253的通孔將偏置電壓757施加到導電 層 233。
[0047] 圖7C說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的像素701的操作方法的實例時序圖。在時間零處， 偏置電壓757為低(舉例來說，在零與-1.0V之間），行選擇晶體管SEL 744為低（未啟用），且 節(jié)點747(晶體管743的柵極427)為低。在時間tl處，行選擇晶體管SEL 744被啟用，其將基線 信號781讀出到讀出列。在時間t2處，行選擇晶體管SEL 744被禁用，且導電層233被偏置到 反射到節(jié)點747上的正偏置電壓（舉例來說，3伏）。在時間t2與t3之間（像素701的積分時 期），節(jié)點747上的電壓降低，因為電子由影響光敏半導體材料231的圖像光205產(chǎn)生。在時間 t2與t3之間高強度圖像光205將增大節(jié)點747上的電壓斜坡，而在時間t2與t3之間低強度圖 像光205將減小節(jié)點747上的電壓斜坡。在t3處，行選擇晶體管SEL 744被啟用，其將圖像信 號782讀出到讀出列。在時間t4處，偏置電壓757被驅動為低，且行選擇晶體管SEL 744被禁 用?？蓮膱D像信號782減去基線信號781以產(chǎn)生噪聲校正信號。如果復位晶體管742包含于像 素701中的晶體管網(wǎng)絡中，在時間t4之后其就將經(jīng)脈沖化以復位節(jié)點747。
[0048] 使用所揭示的包含光敏電容器的像素的圖像傳感器可比常規(guī)方法與標準邏輯及 動態(tài)隨機存取存儲器（"DRAM"）制造更加兼容。特定來說，所揭示的像素無需深植入及針對 常規(guī)CMOS圖像傳感器使用的特殊隔離過程。另外，由于光敏元件(光敏電容器230)在制造結 束時形成，所以其避免當前用以在常規(guī)背側照明CMOS圖像傳感器中形成像素的晶片處理及 薄化。此外，可運用兩個像素實施圖4中的實施例及圖7A中的模型，其中常規(guī)方法需要晶體 管網(wǎng)絡中的三個或四個像素以讀出每一像素。減少晶體管數(shù)目可增大用于像素中的光敏材 料的區(qū)域，借此提高圖像傳感器的性能。
[0049] 可運用計算機軟件及硬件實施上文闡釋的操作像素及圖像傳感器的方法。所描述 的技術可組成體現(xiàn)于有形或非暫時機器(舉例來說，計算機)可讀的存儲介質內的機器可執(zhí) 行的指令，當由機器執(zhí)行所述指令時將導致機器執(zhí)行所描述的操作。另外，所述過程可體現(xiàn) 于硬件內，例如專用集成電路（"ASIC")或其它。
[0050] 有形非暫時機器可讀存儲介質包含提供（即，存儲)呈由機器(舉例來說，計算機、 網(wǎng)絡裝置、個人數(shù)字助理、制造工具、具有一或多個處理器的集合的任何裝置等等)可存取 形式的信息的任何機構。舉例來說，機器可讀的存儲介質包含可錄/不可錄的介質(舉例來 說，只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、磁盤存儲介質、光盤存儲介質、快閃存儲器裝 置等等)〇
[0051] 本發(fā)明所說明的實施例的上文描述，包含說明書摘要中所描述的內容，不希望為 詳盡的或將本發(fā)明限制于所揭示的精確形式。雖然出于說明的目的，本文中描述本發(fā)明的 特定實施例及實例，但相關領域的技術人員應認識到，在本發(fā)明的范圍內，各種等效修改為 可能的。
[0052]鑒于上文詳細的描述，可對本發(fā)明做出這些修改。所附權利要求書中所使用的術 語不應被解釋為將本發(fā)明限制于說明書中揭示的特定實施例。實情是，本發(fā)明的范圍將完 全由所附權利要求確定，所述權利要求應根據(jù)權利要求解釋的公認原則來解釋。
【主權項】
1. 一種圖像傳感器像素，其包括： 光敏電容器，其包括： 沿著軸延伸的電極； 安置在所述電極周圍的導電層； 電介質層，其形成于所述導電層與所述電極之間使得所述導電層不接觸所述電極；以 及 光敏半導體材料，其用于響應于圖像光產(chǎn)生圖像信號，其中所述光敏半導體材料安置 于所述電介質層與所述電極之間；以及 晶體管網(wǎng)絡，其經(jīng)耦合以從所述光敏電容器的所述電極讀出所述圖像信號。2. 根據(jù)權利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述晶體管網(wǎng)絡包含具有浮動擴散的 轉移晶體管及耦合到所述光敏電容器的所述電極的電荷存儲節(jié)點，其中當所述轉移晶體管 被激活時所述轉移晶體管將由所述圖像信號產(chǎn)生的圖像電荷從所述電荷存儲節(jié)點轉移到 所述浮動擴散。3. 根據(jù)權利要求2所述的圖像傳感器像素，其中所述電極包含高度摻雜的多晶硅，且其 中以與所述高度摻雜的多晶硅相同的摻雜極性輕度摻雜所述電荷存儲節(jié)點。4. 根據(jù)權利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述晶體管網(wǎng)絡包含具有耦合到所述 光敏電容器的所述電極的柵極的源極跟隨器晶體管，其中所述源極跟隨器晶體管響應于所 述電極上的所述圖像信號產(chǎn)生放大的圖像信號，且其中所述晶體管網(wǎng)絡進一步包含經(jīng)耦合 以將所述放大的圖像信號轉移到讀出線的行選擇晶體管。5. 根據(jù)權利要求4所述的圖像傳感器像素，其中所述晶體管網(wǎng)絡進一步包含復位晶體 管，所述復位晶體管經(jīng)耦合以當所述復位晶體管被激活時復位所述源極跟隨器晶體管的所 述柵極。6. 根據(jù)權利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述導電層同軸地纏繞在所述電極周 圍。7. 根據(jù)權利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述電介質層符合所述導電層的形狀。8. 根據(jù)權利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述電介質層為高K電介質層。9. 根據(jù)權利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述電介質層包含負電荷層以誘導所 述電介質層與所述光敏半導體材料的界面處的耗盡區(qū)。10. 根據(jù)權利要求9所述的圖像傳感器像素，其中所述負電荷層包含鉿鋁氧化物。11. 根據(jù)權利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述導電層對所述圖像光為反射的。12. 根據(jù)權利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述導電層形成截錐，且其中所述截 錐的寬端經(jīng)定位以接收所述圖像光，所述寬端相對所述截錐的較窄端安置。13. 根據(jù)權利要求1所述的圖像傳感器像素，其中在具有增大的摻雜濃度的梯度下在沿 著所述電介質層安置的所述光敏半導體材料的外部部分中摻雜所述光敏半導體材料。14. 一種圖像傳感器，其包括： 具有前側及背側的半導體襯底層； 沿著所述半導體襯底層的所述前側耦合的互連層； 用于捕獲圖像的像素陣列，其中所述像素陣列中的每一像素包含晶體管網(wǎng)絡及光敏電 容器，且其中沿著所述半導體襯底層的所述前側安置所述晶體管網(wǎng)絡，且所述光敏電容器 安置于所述互連層內且經(jīng)定位以成為前側照明的，所述光敏電容器包括： 沿著軸延伸的電極，導電層安置在所述電極的周圍； 形成于所述導電層與所述電極之間的電介質層；以及 光敏半導體材料，其用于響應于圖像光產(chǎn)生圖像信號，其中所述光敏半導體材料安置 于所述電介質層與所述電極之間，所述晶體管網(wǎng)絡經(jīng)耦合以從所述光敏電容器的所述電極 讀出所述圖像信號。15. 根據(jù)權利要求14所述的圖像傳感器，其中所述導電層同軸纏繞在所述電極周圍。16. 根據(jù)權利要求14所述的圖像傳感器，其中所述電介質層為高K電介質層。17. 根據(jù)權利要求14所述的圖像傳感器，其中所述電介質層包含負電荷層以誘導所述 電介質層與所述光敏半導體材料的界面處的耗盡區(qū)。18. -種制造用于圖像傳感器的像素陣列的方法，所述方法包括： 沿著半導體襯底的前側在所述半導體襯底層中形成晶體管網(wǎng)絡； 針對所述像素陣列中的每個像素形成接觸元件，其中每一接觸元件電耦合到所述晶體 管網(wǎng)絡內的晶體管； 在所述半導體襯底層的所述前側上方形成互連層，其中所述互連層是用于協(xié)助控制所 述晶體管網(wǎng)絡，且其中所述互連層包含覆蓋所述接觸元件的電介質； 在所述互連層中形成腔，其中在所述接觸元件上方形成所述腔； 沿著所述腔的腔壁形成導電層； 在所述腔內的所述導電層上方形成電介質層； 在所述腔內且在所述電介質層上方沉積光敏半導體材料； 在所述接觸元件上方形成電極腔，其中所述電極腔延伸到所述接觸元件； 運用導電材料至少局部填充所述電極腔以形成電極，其中所述電極、所述導電層及所 述光敏半導體材料形成光敏電容器，所述光敏電容器經(jīng)配置以響應于圖像光而改變由所述 接觸元件接收的圖像信號。19. 根據(jù)權利要求18所述的方法，其中所述導電層對所述圖像光為反射的。20. 根據(jù)權利要求18所述的方法，其中所述接觸元件耦合到轉移晶體管的電荷存儲節(jié) 點，其中所述轉移晶體管經(jīng)耦合以當所述轉移晶體管被激活時將由所述光敏電容器產(chǎn)生的 圖像電荷轉移到所述半導體襯底層內的浮動擴散。21. 根據(jù)權利要求18所述的方法，其中所述接觸元件耦合到響應于由所述光敏電容器 產(chǎn)生的圖像電荷而產(chǎn)生放大的圖像信號的源極跟隨器晶體管的控制端子。22. 根據(jù)權利要求18所述的方法，其進一步包括： 在于所述腔壁上沉積所述導電層之前在所述腔壁上形成緩沖電介質層。23. 根據(jù)權利要求18所述的方法，其進一步包括： 在形成所述電介質層之前移除安置在所述腔的底板上的所述導電層的底部部分。24. 根據(jù)權利要求18所述的方法，其中所述光敏半導體材料包含非晶硅。25. 根據(jù)權利要求18所述的方法，其中所述在所述腔內沉積所述光敏半導體材料包含 在所述沉積的開始處比所述沉積的結束處更多地摻雜所述光敏半導體材料。26. 根據(jù)權利要求18所述的方法，其進一步包括： 在所述導電層、所述光敏半導體材料及所述電介質層上方形成頂部電介質層；以及 通過所述頂部電介質層形成到所述導電層的導電通孔以用于將電信號提供到所述導 電層。27.根據(jù)權利要求18所述的方法，其中所述形成所述接觸元件包含在所述電介質層內 形成金屬接觸層。
【文檔編號】H01L31/08GK105990385SQ201610072734
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年2月2日
【發(fā)明人】楊武璋, 劉家穎, 熊志偉, 艾群詠, 戴森·H·戴, 多米尼克·馬塞提
【申請人】全視科技有限公司