專利名稱：圖像傳感器的部分掩埋溝道傳送裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體來說涉及光學(xué)器件，且特定來說(但非排他地)涉及圖像傳感器。
背景技術(shù)：
圖像傳感器廣泛地用于數(shù)碼靜態(tài)相機(jī)、蜂窩式電話、安防攝像機(jī)以及醫(yī)療、汽車及其它應(yīng)用中。使用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(“CMOS”)技術(shù)在硅襯底上制造較低成本的圖像傳感器。在大量的圖像傳感器中，圖像傳感器通常包含數(shù)百個(gè)、數(shù)千個(gè)或甚至數(shù)百萬個(gè)光傳感器單元或像素。典型的個(gè)別像素包含微透鏡、濾光片、光敏元件、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)及用于從所述光敏元件讀出信號(hào)的一個(gè)或一個(gè)以上晶體管。典型像素中所包含的晶體管中的一者通常稱作傳送晶體管，所述傳送晶體管包含安置于光敏元件與浮動(dòng)擴(kuò)散部之間的傳送柵極。所述傳送柵極安置于柵極氧化物上。所述光敏元件、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)及柵極氧化物安置于襯底上。在典型像素的操作期間，當(dāng)向傳送柵極施加偏置電壓時(shí)可在所述傳送柵極下方形成傳導(dǎo)溝道區(qū)，使得圖像電荷從所述光敏元件傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)。然而，常規(guī)像素通常遭受圖像滯后、模糊及制造挑戰(zhàn)。圖像滯后可能由常規(guī)傳送晶體管不能夠從光敏元件移除所有信號(hào)使得在像素的連續(xù)讀取期間殘留信號(hào)仍保留而產(chǎn)生。保留在光敏元件中的此殘余信息通常稱作圖像滯后、殘留圖像、重影或幀間滯留。模糊可能由圖像的致使光生過剩電荷載流子溢出到鄰近光敏元件中的高強(qiáng)度部分產(chǎn)生。模糊可限制成像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍且可限制成像傳感器的商業(yè)應(yīng)用的類型。常規(guī)像素的制造挑戰(zhàn)可起源于光敏元件相對(duì)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 中的缺陷的增加及制造成本的增加。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)案的一個(gè)方面是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(dòng)擴(kuò)散(“FD”)區(qū)，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)之間以選擇性地將所述圖像電荷從所述光敏元件傳送到所述FD區(qū)，所述傳送裝置包含掩埋溝道裝置，其包含安置于掩埋溝道摻雜劑區(qū)上方的掩埋溝道柵極；及表面溝道裝置，其與所述掩埋溝道裝置串聯(lián)，所述表面溝道裝置包含安置于表面溝道區(qū)上方的表面溝道柵極，其中所述表面溝道柵極具有與所述掩埋溝道柵極相反的摻雜極性。本申請(qǐng)案的另一方面是提供一種成像系統(tǒng)，其包括成像像素陣列，其中每一成像像素包含讀出電路，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)；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(dòng)擴(kuò)散(“FD”)區(qū)，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)之間以選擇性地將所述圖像電荷從所述光敏元件傳送到所述FD區(qū)，所述傳送裝置包含掩埋溝道裝置，其包含安置于掩埋溝道摻雜劑區(qū)上方的掩埋溝道柵極；及表面溝道裝置，其鄰近于所述掩埋溝道裝置，所述表面溝道裝置包含安置于表面溝道區(qū)上方的表面溝道柵極，其中所述表面溝道柵極具有與所述掩埋溝道柵極相反的摻雜劑極性。本申請(qǐng)案的又一方面是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)上形成掩埋溝道裝置掩模，從而隔離掩埋溝道裝置將駐留之處；使用高能量離子植入將第一摻雜劑植入到掩埋溝道摻雜劑區(qū)中，其中離子束在植入到所述掩埋溝道摻雜劑區(qū)中之前行進(jìn)穿過掩埋溝道柵極；使用低能量離子植入將第二摻雜劑植入到所述掩埋溝道柵極中；及移除所述掩埋溝道裝置掩模。


參考以下各圖描述本發(fā)明的非限制性及非窮盡性實(shí)施例，其中除非另有規(guī)定，否則在所有各個(gè)視圖中相似參考編號(hào)指代相似部件。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)圖像傳感器像素的橫截面圖。圖2是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像傳感器的功能框圖。圖3是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像傳感器內(nèi)的兩個(gè)圖像傳感器像素的范例像素電路的電路圖。圖4A是圖4B的沿著A-A’線的橫截面圖，其圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例包含傳送裝置的圖像傳感器像素的一部分。圖4B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光敏元件、傳送柵極及浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)的結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖5是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例電子與結(jié)構(gòu)的相對(duì)能級(jí)之間的關(guān)系的圖表。圖6是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于制造傳送裝置的工藝的流程圖。
具體實(shí)施例方式本文中描述具有部分掩埋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(shí)施例。在以下描述中，闡述眾多特定細(xì)節(jié)以提供對(duì)實(shí)施例的透徹理解。然而，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可在沒有所述特定細(xì)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(shí)踐本文中所描述的技術(shù)。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。本說明書通篇對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”的提及意指結(jié)合所述實(shí)施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在本說明書通篇中的各個(gè)位置中短語“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在一實(shí)施例中”的出現(xiàn)未必全部指代同一實(shí)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(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中。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)圖像傳感器像素的橫截面圖。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。為了實(shí)施彩色像素，圖像像素100進(jìn)一步包含安置于微透鏡140下方的彩色濾光片145。微透鏡140輔助將光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上(即，延伸超出如所展示的襯底135)布置成二維行及列的陣列的許多圖像像素100。圖像像素100進(jìn)一步包含安置于襯底135上的浮動(dòng)擴(kuò)散(“FD”)區(qū)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)130之間且用于將從光敏元件115輸出的信號(hào)傳送到FD區(qū)130。當(dāng)向傳送柵極120施加閾值柵極電壓(即，偏置電壓)時(shí)，可在襯底135中傳送柵極120下方及柵極絕緣層125下方形成傳導(dǎo)溝道(未圖解說明)。P型釘扎層110可安置于光敏元件115上方。頸區(qū)域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(diǎn)的區(qū)。像素100如下操作。在積分周期(也稱作曝光或積累周期)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(hào)(光生電荷)。所述電信號(hào)保持于光敏元件115中。在此階段處，傳送柵極120可關(guān)斷。用以接通傳送柵極120的偏置電壓可為負(fù)電壓。當(dāng)傳送柵極120上的偏置電壓小于其閾值電壓時(shí)，傳送柵極120關(guān)斷，且光敏元件115與FD區(qū)130之間的襯底能抵抗電子流動(dòng)。在積分周期之后，傳送柵極120經(jīng)接通以從光敏元件115讀出信號(hào)。舉例來說，向傳送柵極120施加正偏置電壓，且當(dāng)傳送柵極120上的偏置電壓增加時(shí)，傳送柵極120下方接近浮動(dòng)擴(kuò)散 區(qū)130的襯底首先變?yōu)閷?dǎo)電。傳送柵極120下方的在向傳送柵極120施加偏置電壓時(shí)變?yōu)閷?dǎo)電的襯底稱為溝道區(qū)(未圖解說明)。隨著接近閾值電壓，所述溝道區(qū)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(shí)，所述溝道區(qū)導(dǎo)電，從而允許電荷載流子在光敏元件115與FD區(qū)130之間流動(dòng)，因此將由光敏元件115保持的電信號(hào)傳送到FD區(qū)130。在光敏元件115中的電信號(hào)已被傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)135之后，接通傳送柵極120以待下一積分周期。圖2是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)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(shí)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。像素陣列205為成像傳感器或像素(例如，像素P1、P2、…、Pn)的二維(“2D”)陣列。在一個(gè)實(shí)施例中，每一像素為互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(“CMOS”)成像像素。如所圖解說明，每一像素被布置到一行(例如，行Rl到Ry)及一列(例如，列Cl到Cx)中以獲取人、地點(diǎn)或?qū)ο蟮膱D像數(shù)據(jù)，接著可使用所述圖像數(shù)據(jù)再現(xiàn)所述人、地點(diǎn)或?qū)ο蟮?D圖像。在每一像素已獲取其圖像數(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(chǔ)所述圖像數(shù)據(jù)或甚至通過應(yīng)用圖像后效果(例如，剪裁、旋轉(zhuǎn)、移除紅眼、調(diào)整亮度、調(diào)整對(duì)比度或其它)來操縱所述圖像數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，讀出電路210可沿著讀出列線(圖解說明)一次讀出一行圖像數(shù)據(jù)或可使用例如串行讀出或同時(shí)對(duì)所有像素的全并行讀出的多種其它技術(shù)(未圖解說明)讀出圖像數(shù)據(jù)?？刂齐娐?20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)生用于控制圖像獲取的快門信號(hào)。圖3是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的成像陣列內(nèi)的兩個(gè)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(shí)施圖2的像素陣列205內(nèi)的每一像素的一個(gè)可能像素電路架構(gòu)。然而，應(yīng)了解，本發(fā)明的實(shí)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)明教示也可適用于3T設(shè)計(jì)、5T設(shè)計(jì)及各種其它像素架構(gòu)。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(shí)施例包含光電二極管ro、傳送晶體管Tl、復(fù)位晶體管T2、源極隨耦器(“SF”)晶體管T3、選擇晶體管T4及存儲(chǔ)電容器Cl。在操作期間，傳送晶體管Tl接收傳送信號(hào)TX，所述傳送信號(hào)TX將在光電二極管ro中積累的電荷傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD。在一個(gè)實(shí)施例中，浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD可耦合到用于臨時(shí)存儲(chǔ)圖像電荷的存儲(chǔ)電容器。復(fù)位晶體管T2耦合在電源導(dǎo)軌VDD與浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD之間以在復(fù)位信號(hào)RST的控制下對(duì)像素進(jìn)行復(fù)位(例如，將FD及ro放電或充電到預(yù)設(shè)電壓)。浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD經(jīng)耦合以控制SF晶體管T3的柵極。SF晶體管T3耦合在電源導(dǎo)軌VDD與選擇晶體管T4之間。SF晶體管T3作為提供到浮動(dòng)擴(kuò)散部FD的高阻抗連接的源極隨耦器而操作。最后，選擇晶體管T4在選擇信號(hào)SEL的控制下選擇性地將像素電路300的輸出耦合到讀出列線。在一個(gè)實(shí)施例中，TX信號(hào)、RST信號(hào)及SEL信號(hào)均由控制電路220產(chǎn)生。圖4A及圖4B圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例包含傳送裝置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A是圖4B的沿著A-A’線的橫截面圖。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(gè)可能實(shí)施方案。圖像像素400的所圖解說明實(shí)施例包含P釘扎層405、光敏元件410、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)415、襯底層420及傳送裝置425。光敏元件410及浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)安置于襯底層420內(nèi)。P釘扎層405安置于光敏元件410上面。傳送裝置425安置于光敏元件410與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)415之間。傳送裝置425的所圖解說明實(shí)施例包含共用柵極電極435、掩埋溝道柵極440、表面溝道柵極445、掩埋溝道摻雜劑區(qū)450、表面溝道區(qū)455及柵極絕緣層470。掩埋溝道柵極440及表面溝道柵極445兩者均接觸共用柵極電極435且兩者均安置于共用柵極電極435與柵極絕緣層470之間?？上蚬灿脰艠O電極435施加Vtx430以用于激活傳送裝置425。在所圖解說明的實(shí)施例中，掩埋溝道柵極440安置于掩埋溝道摻雜劑區(qū)450上面，從而形成掩埋溝道裝置。表面溝道柵極445安置于表面溝道區(qū)455上面，從而形成表面溝道裝置。所述掩埋溝道裝置及所述 表面溝道裝置串聯(lián)耦合于光敏元件410與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)415之間。掩埋溝道摻雜劑區(qū)450可在掩埋溝道柵極440下方對(duì)準(zhǔn)，且掩埋溝道摻雜劑區(qū)450的左邊緣可與共用柵極電極435的左邊緣齊平。表面溝道區(qū)455可在表面溝道柵極445下方對(duì)準(zhǔn)且表面溝道區(qū)455的右邊緣可與共用柵極電極435的右邊緣齊平。Vtx430可達(dá)到傳送裝置425的閾值電壓，從而接通傳送裝置425。當(dāng)傳送裝置425接通時(shí)，掩埋溝道460與表面溝道465串聯(lián)形成，從而允許電荷載流子在光敏元件410與浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)415之間流動(dòng)。掩埋溝道460與表面溝道465共同地構(gòu)成傳送裝置425的溝道。在所圖解說明的實(shí)施例中，光敏元件410及浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)415為N型摻雜的，而掩埋溝道柵極440與光敏元件410及浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)415的N型摻雜劑相反地(P型)被摻雜。表面溝道柵極445及掩埋溝道摻雜劑區(qū)450被摻雜為N型。掩埋溝道柵極440及表面溝道柵極445可為摻雜多晶硅。在所圖解說明的實(shí)施例中，表面溝道區(qū)455為P型摻雜的。在替代實(shí)施例中，表面溝道區(qū)455可被摻雜為N型或根本不被摻雜。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在替代實(shí)施例中，可反轉(zhuǎn)所圖解說明實(shí)施例中的摻雜極性。在所圖解說明的實(shí)施例中，掩埋溝道摻雜劑區(qū)450及光敏元件410兩者均為N型摻雜的，從而使得電子從光電二極管的傳送較容易，因?yàn)闇p小了對(duì)傳送的能量勢(shì)壘。掩埋溝道摻雜劑區(qū)450可意味著傳送裝置425被稱作部分掩埋溝道傳送柵極。在曝光周期期間(傳送裝置425關(guān)斷)，當(dāng)光敏元件410為全容量或接近全容量時(shí)，由N型摻雜光敏元件410積累的電荷可進(jìn)入N型摻雜掩埋溝道摻雜劑區(qū)450。在一個(gè)實(shí)例中，進(jìn)入掩埋溝道摻雜劑區(qū)450的電子可“穿通”到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)415。所圖解說明實(shí)施例的此特征促使電荷載流子從光敏元件410溢出到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)415中而非流動(dòng)到相鄰像素的光敏元件而引起模糊。通過調(diào)整掩埋溝道摻雜劑區(qū)450與表面溝道區(qū)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)455縮短時(shí)，對(duì)過剩電荷溢出到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)415中的勢(shì)壘減小，借此進(jìn)一步抑制模糊。在所圖解說明的實(shí)施例中，掩埋溝道摻雜劑區(qū)450與襯底相反地被摻雜。因此，當(dāng)接通傳送裝置425時(shí)，電荷載流子在表面下方被推動(dòng)(意指柵極絕緣層470與掩埋溝道摻雜劑區(qū)450的相交點(diǎn)下方)。掩埋溝道460圖解說明在表面下面流動(dòng)的電荷載流子。在表面下面流動(dòng)的電荷載流子可向電信號(hào)中引入較少噪聲，因?yàn)樗鲭姾奢d流子不會(huì)遇到柵極絕緣層(例如，氧化硅)與掩埋溝道摻雜劑區(qū)(例如，N型摻雜硅)之間的不均質(zhì)性。在所圖解說明的實(shí)施例中，與光敏元件410及浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)415相比，掩埋溝道柵極440被相反地?fù)诫s。當(dāng)接通掩埋溝道裝置時(shí)，掩埋溝道柵極440的相反摻雜減少柵極耗盡，因?yàn)镻型多晶硅在裝置接通時(shí)被驅(qū)動(dòng)到積累中。柵極耗盡的減少降低閾值電壓且允許電荷載流子以較小電阻流動(dòng)，借此增加掩埋溝道裝置的電流容量。增加的電流容量及較低的閾值電壓允許在光敏元件410中積累的電荷更完全且高效地傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)415，從而導(dǎo)致圖像像素400中的降低的圖像滯后或幀滯留。此外，由掩埋溝道柵極440被相反地?fù)诫s產(chǎn)生的較低閾值電壓允許傳送裝置425的較低閾值電壓。需要傳送裝置425的低閾值電壓以允許可用電壓電平具有將電信號(hào)從光敏元件410傳送到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)415的較大(且較快)效應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，傳送裝置425的閾值電壓在.5V與.9V之間。掩埋溝道摻雜劑區(qū)450減輕與形成常規(guī)圖像像素100相關(guān)的制造挑戰(zhàn)。頸區(qū)域150 (圖1)為P釘扎層110、光敏元件115、傳送柵極120、柵極絕緣層125與襯底135的相交點(diǎn)。光敏元件115在頸區(qū)域150中的三角形性質(zhì)可能呈現(xiàn)三角形的尖端的確切放置的挑戰(zhàn)。舉例來說，使傳送柵極120與光敏元件115重疊需要成角度植入。使傳送柵極120與P釘扎層110欠重疊(under lap)也需要成角度植入。另外，頸區(qū)域150可能易受制造中的雜質(zhì)及不均質(zhì)性的影響，其會(huì)更改所要的電效應(yīng)。此外，光敏元件115在頸區(qū)域150中的三角形區(qū)域隔離襯底135的三角形部分，此形成額外不想要的PN結(jié)。并且，如果光敏元件115及傳送柵極120兩者均為N型，那么如此靠近N型傳送柵極定位的N型摻雜光敏元件115可能產(chǎn)生暗電流。相比之下，掩埋溝道摻雜劑區(qū)450的矩形性質(zhì)不會(huì)形成不想要的PN結(jié)且消除與成角度植入相關(guān)聯(lián)的多個(gè)復(fù)雜步驟。圖5是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例電子與結(jié)構(gòu)的相對(duì)能級(jí)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(duì)能級(jí)。在所述圖表上，掩埋溝道摻雜劑區(qū)450具有最聞能級(jí)；表面溝道區(qū)455具有第_■聞能級(jí)；光敏兀件410具有第二聞能級(jí)；浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)415具有最低相對(duì)能級(jí)。當(dāng)電子在掩埋溝道摻雜劑區(qū)450中時(shí)，圖4A中所圖解說明的結(jié)構(gòu)的能級(jí)促使電子朝向浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)415流動(dòng)，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(shí)，N型掩埋溝道摻雜劑區(qū)450及P型掩埋溝道柵極440與P型表面溝道區(qū)455的組合致使電子朝向浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)415流動(dòng)。當(dāng)傳送柵極接通時(shí)，維持圖5中的相對(duì)能級(jí)，因?yàn)楸砻鏈系姥b置具有比掩埋溝道裝置低的閾值電壓。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(dòng)擴(kuò)散區(qū)415漂移。此特征防止白色像素形成且通過在傳送事件之后阻止電子被送回到光敏元件410而減少圖像滯后。圖6是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例用于制造傳送裝置的工藝的流程圖。工藝600為如何制作圖像像素400的傳送裝置425的一個(gè)實(shí)例。工藝框中的一些或所有工藝框在每一工藝中出現(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地執(zhí)行工藝框中的一些工藝框。在工藝框605中，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上形成掩埋溝道裝置掩模。在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上圖案化所述掩埋溝道裝置掩模以隔離掩埋溝道裝置將駐留的區(qū)?，F(xiàn)有結(jié)構(gòu)的實(shí)例可為P釘扎層405、光敏元件410、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)415、襯底層420、掩埋溝道柵極440、表面溝道柵極445、掩埋溝道摻雜劑區(qū)450與表面溝道區(qū)455的組合。然而，在工藝框605處，掩埋溝道柵極440、表面溝道柵極445、掩埋溝道摻雜劑區(qū)450及表面溝道區(qū)455可能尚未含有圖4中所圖解說明的摻雜。舉例來說，在工藝框605處，掩埋溝道柵極440及表面溝道柵極445將為未摻雜的多晶硅。在工藝框610處，可使用高能量離子植入在掩埋溝道摻雜劑區(qū)450中植入N型摻雜劑(例如，砷或磷)。用以植入磷的能級(jí)可為150千電子伏特(keV)。磷的摻雜劑植入劑量可為I X IO12CnT2。在一個(gè)實(shí)施例中，N型摻雜劑在掩埋溝道區(qū)450中的深度為IOnm到30nm。高能量離子束在其去往對(duì)掩埋溝道摻雜劑區(qū)450進(jìn)行植入的途中穿過掩埋溝道柵極440。在工藝框615中，低能量離子束(低于150keV的能量)將P型摻雜劑植入到掩埋溝道柵極440中。由于可在同一步驟處借助同一掩模摻雜掩埋溝道摻雜劑區(qū)450與掩埋溝道柵極440，因此減少了制造成本。在工藝框620中，移除掩埋溝道裝置掩模。在工藝框625中，形成表面溝道裝置掩模。在工藝框630中，在表面溝道區(qū)455中形成表面溝道摻雜劑(圖4A中的所圖解說明實(shí)施例中的P型摻雜劑)。在一 個(gè)實(shí)施例中，使用低能量離子植入將N型摻雜劑(例如，砷)植入到表面溝道柵極445中(工藝框635)。包含發(fā)明摘要中所描述內(nèi)容的本發(fā)明的所圖解說明實(shí)施例的以上描述并非打算為窮盡性或?qū)⒈景l(fā)明限制于所揭示的精確形式。盡管出于說明性目的而在本文中描述本發(fā)明的特定實(shí)施例及實(shí)例，但如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可在本發(fā)明的范圍內(nèi)做出各種修改?？筛鶕?jù)以上詳細(xì)描述對(duì)本發(fā)明做出這些修改。以上權(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(shí)施例。相反，本發(fā)明的范圍將完全由以上權(quán)利要求書來確定，所述權(quán)利要求書將根據(jù)所創(chuàng)建的權(quán)利要求解釋原則來加以理解。
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(dòng)擴(kuò)散“FD”區(qū)，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)之間以選擇性地將所述圖像電荷從所述光敏元件傳送到所述FD區(qū)，所述傳送裝置包含 掩埋溝道裝置，其包含安置于掩埋溝道摻雜劑區(qū)上方的掩埋溝道柵極；及表面溝道裝置，其與所述掩埋溝道裝置串聯(lián)，所述表面溝道裝置包含安置于表面溝道區(qū)上方的表面溝道柵極，其中所述表面溝道柵極具有與所述掩埋溝道柵極相反的摻雜極性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素，其進(jìn)一步包括共用柵極電極及共用柵極絕緣層，其中所述掩埋溝道柵極及所述表面溝道柵極安置于所述共用柵極電極與所述共用柵極絕緣層之間，且其中所述共用柵極電極遞送所述掩埋溝道柵極與所述表面溝道柵極所共用的柵極電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述掩埋溝道摻雜劑區(qū)鄰近于所述光敏元件及所述表面溝道區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像傳感器像素，其中所述掩埋溝道摻雜劑區(qū)的長度與所述表面溝道區(qū)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(shí)允許電子從所述光敏元件穿通到所述FD區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像傳感器像素，其中所述掩埋溝道摻雜劑區(qū)毗連所述光敏元件，掩埋摻雜劑在所述掩埋溝道柵極下方對(duì)準(zhǔn)，且所述掩埋溝道摻雜劑區(qū)的左邊緣與所述共用柵極電極的左邊緣齊平。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述掩埋溝道柵極具有與所述光敏元件及所述FD區(qū)相反的摻雜極性。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像傳感器像素，其中所述光敏元件、所述FD區(qū)、所述掩埋溝道摻雜劑區(qū)及所述表面溝道柵極為N型摻雜的，且其中所述掩埋溝道柵極為P型摻雜的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像傳感器像素，其中所述表面溝道區(qū)為P型摻雜的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述表面溝道裝置具有比所述掩埋溝道裝置低的閾值電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述傳送裝置的閾值電壓在.5V與.9V之間。
11.一種成像系統(tǒng)，其包括 成像像素陣列，其中每一成像像素包含 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)； 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(dòng)擴(kuò)散“FD”區(qū)，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)之間以選擇性地將所述圖像電荷從所述光敏元件傳送到所述FD區(qū)，所述傳送裝置包含 掩埋溝道裝置，其包含安置于掩埋溝道摻雜劑區(qū)上方的掩埋溝道柵極；及表面溝道裝置，其鄰近于所述掩埋溝道裝置，所述表面溝道裝置包含安置于表面溝道區(qū)上方的表面溝道柵極，其中所述表面溝道柵極具有與所述掩埋溝道柵極相反的摻雜劑極性。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成像系統(tǒng)，其中所述掩埋溝道柵極具有與所述光敏元件及所述FD區(qū)相反的摻雜極性。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的成像系統(tǒng)，其中所述光敏元件、所述FD區(qū)、所述掩埋溝道摻雜劑區(qū)及所述表面溝道柵極為N型摻雜的，且其中所述掩埋溝道柵極為P型摻雜的。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成像系統(tǒng)，其中所述掩埋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11所述的成像系統(tǒng)，其中所述掩埋溝道摻雜劑區(qū)鄰近于并毗連所述光敏元件，且所述掩埋溝道柵極與所述表面溝道柵極的長度的比率經(jīng)調(diào)諧以優(yōu)化所述成像像素的模糊及滯后特性。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的成像系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括 共用柵極電極；及 共用柵極絕緣層，其中所述掩埋溝道柵極及所述表面溝道柵極安置于所述共用柵極電極與所述共用柵極絕緣層之間，且其中所述共用柵極電極遞送所述掩埋溝道柵極與所述表面溝道柵極所共用的柵極電壓。
17.一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)上形成掩埋溝道裝置掩模，從而隔離掩埋溝道裝置將駐留之處； 使用高能量離子植入將第一摻雜劑植入到掩埋溝道摻雜劑區(qū)中，其中離子束在植入到所述掩埋溝道摻雜劑區(qū)中之前行進(jìn)穿過掩埋溝道柵極； 使用低能量離子植入將第二摻雜劑植入到所述掩埋溝道柵極中；及 移除所述掩埋溝道裝置掩模。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進(jìn)一步包括 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駐留之處； 在表面溝道區(qū)中沉積第三摻雜劑；及 使用低能量離子植入將第四摻雜劑植入到表面溝道柵極中，使得所述掩埋溝道裝置與所述表面溝道裝置串聯(lián)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第四摻雜劑為N型。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第一摻雜劑為N型且所述第二摻雜劑為P型。
全文摘要
本發(fā)明案涉及圖像傳感器的部分掩埋溝道傳送裝置。本發(fā)明涉及包含光敏元件、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)及傳送裝置的圖像傳感器像素的實(shí)施例。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。所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)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浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)之間以選擇性地將所述圖像電荷從所述光敏元件傳送到所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)。所述傳送裝置包含掩埋溝道裝置，所述掩埋溝道裝置包含安置于掩埋溝道摻雜劑區(qū)上方的掩埋溝道柵極。所述傳送裝置還包含表面溝道裝置，所述表面溝道裝置包含安置于表面溝道區(qū)上方的表面溝道柵極。所述表面溝道裝置與所述掩埋溝道裝置串聯(lián)。所述表面溝道柵極具有與所述掩埋溝道柵極相反的極性。
文檔編號(hào)H01L27/146GK103050500SQ20121038583
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者陳剛, 胡興忠, 戴幸志, 毛杜立, 馬諾·比庫曼德拉, 鄭偉, 錢胤, 熊智斌, 文森特·韋內(nèi)齊亞, 顧克強(qiáng), 霍華德·E·羅茲 申請(qǐng)人:全視科技有限公司