專利名稱：具有漸變式光電檢測(cè)器注入的高全阱容量像素的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體像素，且具體而言(但非排他性)，本發(fā)明涉及具有漸變式光電檢測(cè)器注入的高全阱容量像素。
背景技術(shù)：
隨著互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CM0Q圖像傳感器的像素大小變得較小以達(dá)成較高像素密度及較低成本，光電檢測(cè)器的有源區(qū)域也變得較小。對(duì)于通常用于CMOS圖像傳感器中的釘扎式光電檢測(cè)器而言，較小的光電檢測(cè)器區(qū)域?qū)е聹p小的全阱容量，這意味著可保持在光電檢測(cè)器中的電荷的最大數(shù)目減小。減小的全阱容量又導(dǎo)致具有較低動(dòng)態(tài)范圍及較低信噪比的像素。因此，非常需要用于增加釘扎式光電檢測(cè)器的全阱容量的方法。在最常用于CMOS圖像傳感器的p-n-p釘扎式光電檢測(cè)器中，用于增加像素的全阱容量的最直接方式為例如通過(guò)增加注入劑量來(lái)增大η型層中的摻雜水平(即，摻雜劑的濃度)。然而，對(duì)于小像素大小而言，增加的η型摻雜可導(dǎo)致暗電流及通常被稱為白像素的有缺陷像素的顯著增加。出現(xiàn)該情況的一種原因在于，歸因于高η型摻雜以及η型注入?yún)^(qū)與淺溝槽隔離(STI)邊緣之間的收縮距離而沿著STI側(cè)壁電場(chǎng)增大。附圖簡(jiǎn)述參照以下諸附圖來(lái)描述本發(fā)明的非限制及非窮盡的實(shí)施例，其中除非另有規(guī)定， 否則相似附圖標(biāo)記貫穿各種視圖指示相似部分。除非特定地指定為按比例繪制，否則諸附圖并不按比例繪制。圖IA為像素的一實(shí)施例的平面圖。圖IB為圖IA中所示的像素的實(shí)施例的組合示意圖及截面圖，該截面基本上沿著圖IA中的剖面線B-B截取。圖IC為

圖1Α-1Β中所示的像素的實(shí)施例的截面圖，該截面圖基本上沿著圖IA中的剖面線C-C截取。圖ID為像素的一替代實(shí)施例的截面正視圖。圖2為迭加于笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)上的球坐標(biāo)系統(tǒng)的立體圖。圖3Α-圖;3Β分別為說(shuō)明制造圖1A-1D中所示的像素實(shí)施例的工序的一實(shí)施例的截面正視圖及平面圖。圖4Α-圖4C分別為進(jìn)一步說(shuō)明用于制造圖1A-1D所示的像素實(shí)施例的工序的一實(shí)施例的平面圖、基本上沿著圖4Α的剖面線4Β-4Β的截面圖及基本上沿著圖4Α的剖面線 4C-4C的截面圖。圖5Α-圖5C分別為進(jìn)一步說(shuō)明用于制造圖1A-1D所示的像素實(shí)施例的工序的一實(shí)施例的平面圖、基本上沿著圖5Α的剖面線5Β-5Β的截面圖及基本上沿著圖5Α的剖面線 5C-5C的截面圖。圖6Α-圖6Β為進(jìn)一步說(shuō)明用于制造圖1A-1D所示的像素實(shí)施例的工序的一實(shí)施例的截面圖。
圖7為可應(yīng)用圖像傳感器的一實(shí)施例的成像系統(tǒng)的一實(shí)施例的框圖，該圖像傳感器使用圖1A-1D中所示的像素實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式本文中描述用于具有漸變式注入的高全阱容量像素的裝置、系統(tǒng)及方法的實(shí)施例。在以下描述中，陳述眾多特定細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的透徹理解。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可在沒(méi)有諸特定細(xì)節(jié)中的一個(gè)或多個(gè)的情況下或用其它方法、組件、 材料等來(lái)實(shí)踐本發(fā)明。在其它實(shí)例中，未具體示出或描述熟知結(jié)構(gòu)、材料或操作，但仍然涵蓋于本發(fā)明的范圍內(nèi)。貫穿本說(shuō)明書(shū)引用“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”意味著結(jié)合該實(shí)施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在本說(shuō)明書(shū)中詞組“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在一實(shí)施例中”的出現(xiàn)未必均指代相同實(shí)施例。此外，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中可按任何合適的方式組合特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。圖IA-圖IC 一起說(shuō)明互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)像素100(諸如，可見(jiàn)于圖像傳感器內(nèi)的像素陣列中的像素)的一實(shí)施例。圖IA說(shuō)明像素100的平面視圖。圖IB說(shuō)明像素100的一部分的截面圖，該圖基本上沿著圖IA中的剖面線B-B截取。圖IC說(shuō)明像素 100的一部分的截面圖，該圖基本上沿著圖IA中的剖面線C-C截取。所示像素100為有源四晶體管像素，通常稱為“4T有源像素GT active pixel) ”，但在其它實(shí)施例中，像素100 可包括更多或更少晶體管。如圖IB中所示，像素100在形成于襯底102上的外延(印i)層 104中形成，且包括光電檢測(cè)器106、浮動(dòng)節(jié)點(diǎn)114及傳輸柵112，該傳輸柵112在接通時(shí)將光電檢測(cè)器106中所積聚的電荷傳輸至浮動(dòng)節(jié)點(diǎn)114。淺溝槽隔離(STI)116、1M及1 可用于物理上分開(kāi)并電隔離像素100與像素陣列中的鄰近像素。圖IA示出具有示為區(qū)116、 124及126的STI區(qū)、浮動(dòng)節(jié)點(diǎn)114及傳輸柵112的像素100的平面圖。如圖IB中所示，光電檢測(cè)器106在印i層104中形成且包括釘扎區(qū)110及毗鄰并至少部分地包圍釘扎區(qū)Iio的注入?yún)^(qū)108。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，釘扎區(qū)110位于印i層 104的表面處或附近，但在其它實(shí)施例中，釘扎區(qū)可位于別處或可完全省略。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，釘扎區(qū)110為P型區(qū)，注入?yún)^(qū)108形成N型區(qū)，且印i層104為P型區(qū)，從而使光電檢測(cè)器106為p-n-p光電檢測(cè)器。在光電檢測(cè)器106的其它實(shí)施例中，這些元件的電荷類型(例如，正或負(fù)電荷載流子)可顛倒-即，在其它實(shí)施例中，釘扎區(qū)110可為N型，注入?yún)^(qū) 108可為P型，且印i層104可為N型，從而形成n-p-n光電檢測(cè)器。在另一實(shí)施例中，不管釘扎區(qū)及注入?yún)^(qū)的電荷類型如何，epi層104可為未經(jīng)摻雜的。如圖IA及圖IC中所示，在光電檢測(cè)器106的所說(shuō)明實(shí)施例中，注入?yún)^(qū)108包括三個(gè)不同的組成區(qū)重迭區(qū)108c以及一對(duì)非重迭區(qū)108a和108b。重迭區(qū)108c (這樣稱呼是因?yàn)槠溆蓛蓚€(gè)或兩個(gè)以上注入?yún)^(qū)的重迭而產(chǎn)生)相比非重迭區(qū)108a及108b具有相對(duì)較高的摻雜劑濃度。結(jié)果，注入?yún)^(qū)108可具有較大的側(cè)向范圍(S卩，其占據(jù)STI IM與STI 126 之間的更多的空間，或換言之，具有較小距離屯及^)且為漸變式的(即，其具有空間摻雜劑濃度梯度)。組合較大側(cè)向范圍與漸變方式導(dǎo)致注入具有高全阱容量但具有較少的與注入的側(cè)向邊緣處的高電場(chǎng)相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。如下文所解釋，因?yàn)樽⑷雲(yún)^(qū)108通過(guò)重迭兩個(gè)注入?yún)^(qū)來(lái)形成，所以該注入?yún)^(qū)具有三個(gè)不同的組成區(qū)。
在像素100的p-n-p實(shí)施例中，在積分周期(亦被稱為曝露周期或積聚周期)期間，光電檢測(cè)器106接收入射光(如圖IB中的箭頭所示)且在釘扎區(qū)110與注入?yún)^(qū)108之間的界面處產(chǎn)生電荷。在電荷產(chǎn)生之后，其作為自由電子保持在注入?yún)^(qū)108中。在積分周期結(jié)束時(shí)，通過(guò)施加電壓脈沖以導(dǎo)通傳輸柵112而將保持在N型注入?yún)^(qū)108中的電子(即， 信號(hào))傳輸至浮動(dòng)節(jié)點(diǎn)114中。當(dāng)信號(hào)已轉(zhuǎn)移至浮動(dòng)節(jié)點(diǎn)114時(shí)，再次使傳輸柵112截止以便開(kāi)始光電檢測(cè)器106的另一積分周期。在信號(hào)已自N型注入?yún)^(qū)108傳輸至浮動(dòng)節(jié)點(diǎn) 114之后，保持在浮動(dòng)節(jié)點(diǎn)114中的信號(hào)用于調(diào)節(jié)放大晶體管124，該放大晶體管IM亦被稱為源極跟隨器晶體管。最后，地址晶體管122用于尋址像素并將信號(hào)選擇性地讀出至信號(hào)線。在通過(guò)信號(hào)線讀出之后，重置晶體管120將浮動(dòng)節(jié)點(diǎn)114重置成基準(zhǔn)電壓，在一個(gè)實(shí)施例中，該基準(zhǔn)電壓為Vdd。圖ID說(shuō)明像素150的一替代實(shí)施例的截面。像素150在大多數(shù)方面類似于像素 100，主要差異為注入?yún)^(qū)的結(jié)構(gòu)。在像素150中，光電檢測(cè)器亦包括具有以下三個(gè)組成區(qū)的漸變式注入?yún)^(qū)152 具有相對(duì)較高摻雜劑濃度的重迭區(qū)152c，以及具有相對(duì)較低摻雜劑濃度的兩個(gè)非重迭區(qū)15 及15沘。不同于注入?yún)^(qū)108，在注入?yún)^(qū)152中，非重迭區(qū)15 及 152b包括在注入?yún)^(qū)的側(cè)面上的凹口 154及156。凹口 154及156可由將摻雜劑注入至襯底 102上的印i層104中的傾斜角所引起。圖2說(shuō)明球坐標(biāo)系統(tǒng)及球坐標(biāo)系統(tǒng)與笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)的迭加。球坐標(biāo)系統(tǒng)由以下兩者定義(i)含有原點(diǎn)及方位角(azimuth)基準(zhǔn)方向的基準(zhǔn)平面，及(ii)天頂(zenith)， 其為通過(guò)原點(diǎn)且正交于基準(zhǔn)平面的線。在圖2中，原點(diǎn)0在χ軸、y軸及ζ軸的交叉點(diǎn)處形成，笛卡爾x_y平面形成基準(zhǔn)平面，Χ軸形成方位角基準(zhǔn)方向，且ζ軸形成天頂。點(diǎn)P的球坐標(biāo)由以下各者給出其半徑R;其傾角θ，該角為天頂與線段OP之間的角；及其方位角Ψ， 該角為自方位角基準(zhǔn)方向至線段OP在基準(zhǔn)平面(在此情況下為x-y平面)上的正交投影來(lái)測(cè)量的角。在圖2中，角α為OP在χ-ζ平面上的正交投影相對(duì)于天頂(在此情況下為ζ 軸)的角，且角β為OP在y-z平面上的正交投影相對(duì)于天頂(在此情況下為ζ軸)的角。圖3A-圖;3B —起說(shuō)明用于形成圖1A-1D中所示的像素實(shí)施例的工序的一實(shí)施例的初始部分；圖3B為平面圖，而圖3A說(shuō)明基本上沿著圖:3B中的剖面線3A-3A截取的截面圖。在圖3A中所示的實(shí)施例中，首先在襯底102上的印i層104中形成像素100的除了光電檢測(cè)器106之外的元件(即，STI 116、1M及126，浮動(dòng)擴(kuò)散體114、傳輸柵112等)，之后將掩模層302施加到印i層104的正面。掩模層302設(shè)計(jì)成防止摻雜劑在摻雜劑注入期間緊密接觸(impinge)到且滲入印i層104。在一實(shí)施例中，掩模層302可由常規(guī)光刻膠制成，但在其它實(shí)施例中，掩模層可由不同物質(zhì)制成?？赏ㄟ^(guò)各種已知方法來(lái)施加掩模層302。在掩模層302處于適當(dāng)位置之后，由已知方法(諸如，光刻及濕法或干法化學(xué)蝕刻)來(lái)圖案化并蝕刻該掩模層以在該掩模層中產(chǎn)生一具有寬度W的開(kāi)口 304，并曝露印i層 104的將在其中形成光電檢測(cè)器106的區(qū)域的正面。通過(guò)掩模層302中的開(kāi)口 304，可將摻雜劑注入在所需區(qū)域中而無(wú)需亦將摻雜劑注入存在或者將形成其它組件的其它區(qū)域中。所說(shuō)明的實(shí)施例僅示出掩模層302的包圍開(kāi)口 304的部分并示出像素100的曝露的其它元件。雖然可在一實(shí)施例中使用該布置，但在其它實(shí)施例中，掩模層可在摻雜劑注入期間覆蓋其它所示的像素元件(諸如，浮動(dòng)節(jié)點(diǎn)114、柵極112等)中的全部或一些。襯底102經(jīng)定位以使其可繞基本上正交于襯底102正面的軸306扭轉(zhuǎn)。依據(jù)圖2中所示的球坐標(biāo)系統(tǒng)，襯底102及形成于襯底上的元件基本上位于基準(zhǔn)平面(圖2中的x-y 平面)中，且軸306對(duì)應(yīng)于天頂(圖2中的ζ軸)。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，軸306大致與開(kāi)口 304的中心一致，但在其它實(shí)施例中，軸306可偏離開(kāi)口 304。舉例而言，在生產(chǎn)環(huán)境中， 通常存在許多在半導(dǎo)體晶片上形成的圖像傳感器，圖像傳感器各自具有含有大量像素的像素陣列。在這種生產(chǎn)環(huán)境中，軸306可與半導(dǎo)體晶片的中心一致，其可或可不與晶片上的任何像素或像素陣列的中心一致。如圖;3B中所示，襯底102可繞軸306扭轉(zhuǎn)至相對(duì)于基準(zhǔn)方向的任何任意扭轉(zhuǎn)角 Ψ。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，將扭轉(zhuǎn)角Ψ定義為固定基準(zhǔn)線310與隨襯底旋轉(zhuǎn)且基本上等分開(kāi)口 304及浮動(dòng)擴(kuò)散體114的線308之間的角。再次參照?qǐng)D2，基準(zhǔn)線310類似于方位角基準(zhǔn)方向(圖2中的χ軸)，且扭轉(zhuǎn)角Ψ類似于方位角。在其它實(shí)施例中，可按不同方式定義扭轉(zhuǎn)角Ψ，只要其可用于特性化襯底102對(duì)于軸(諸如，軸306)的旋轉(zhuǎn)即可。圖4Α-圖4C說(shuō)明用于形成圖1A-1D中所示的像素實(shí)施例中的光電檢測(cè)器注入?yún)^(qū)的工序的一實(shí)施例的另一部分。圖4Α為平面圖，而圖4Β及圖4C說(shuō)明基本上沿著圖4Α中的剖面線4Β-4Β及4C-4C截取的截面圖。關(guān)于如圖中所示的Ψ，初始扭轉(zhuǎn)位置對(duì)應(yīng)于 Ψ = a°。如圖4B中所示，在使襯底位于初始扭轉(zhuǎn)位置之后，將摻雜劑410導(dǎo)向印i層104 的曝露表面。除了以選定劑量及能量將摻雜劑導(dǎo)向該襯底之外，還以相對(duì)于基本上正交于印i層104的正面的線(在此情況下為軸306)的非零傾斜角θ將摻雜劑410導(dǎo)向該襯底。 再次參照?qǐng)D2，襯底102及在其上形成的元件基本上位于基準(zhǔn)平面(圖2中的x-y平面) 中的情況下，傾斜角θ對(duì)應(yīng)于圖2中所示的傾角θ。因?yàn)檠谀?02的存在，所以摻雜劑 410僅能夠在開(kāi)口 304中到達(dá)印i層104的曝露正面。如下文進(jìn)一步所論述，基于各種因素 (包括掩模302下方的注入?yún)^(qū)406所需的側(cè)向范圍)來(lái)選擇傾斜角θ。隨著摻雜劑410轟擊(bombard) epi層104的正面的曝露部分，摻雜劑滲入至印i 層104的內(nèi)部中且形成印i層104內(nèi)的第一注入?yún)^(qū)406。由于非零傾斜角θ，第一注入?yún)^(qū) 406的一部分408終止于在印i層104的在掩模層302下的部分中形成(亦參見(jiàn)圖4C)。歸因于扭轉(zhuǎn)角Ψ = a°，在印i層104的在傳輸柵112下的部分中形成第一注入?yún)^(qū)406的另一部分409。傾斜角θ的使用因此增加注入的側(cè)向范圍并減小注入?yún)^(qū)406與STI IM之間的距離(即，圖IC中的距離(I1)。大體而言，傾斜角θ越大，第一注入?yún)^(qū)406的側(cè)向延伸將越大，從而使部分409越大且使掩模層302下方的區(qū)域408越大，且使注入?yún)^(qū)406的邊緣與 STI IM之間的距離Cl1越小。 圖4C說(shuō)明注入?yún)^(qū)406的部分408如何在掩模層302下方延伸。由于沿著剖面4C-4C 截取的平面相對(duì)于沿著剖面4Β-4Β截取的平面成一角度，因此圖4C中所示的角α不為傾斜角θ，而是傾斜角θ在剖面4C-4C平面上的正交投影。 圖5Α-圖5C—起說(shuō)明用于形成圖1A-1D中所示的像素實(shí)施例中的光電檢測(cè)器注入?yún)^(qū)的工序的一實(shí)施例的另一部分。圖5Α為平面圖，而圖5Β及圖5C說(shuō)明基本上沿著圖5Β 中的剖面線5Β-5Β及5C-5C截取的截面圖。從圖4Α-4Β中所示的狀態(tài)開(kāi)始，襯底102繞軸 306旋轉(zhuǎn)(如箭頭402所示)至不同于初始扭轉(zhuǎn)位置的一額外的扭轉(zhuǎn)位置。關(guān)于如圖:3Β中所示定義的Ψ，圖5Β中所示的額外扭轉(zhuǎn)位置對(duì)應(yīng)于Ψ =-a°，其可解釋為線308繞固定線310的映像(reflection)。雖然僅說(shuō)明了一個(gè)額外扭轉(zhuǎn)位置，但在其它實(shí)施例中，視光電檢測(cè)器注入?yún)^(qū)108的所需最終結(jié)構(gòu)而定，可在初始扭轉(zhuǎn)位置之后存在一個(gè)以上的額外扭轉(zhuǎn)位置。使襯底102位于額外扭轉(zhuǎn)位置處之后，再次將摻雜劑410導(dǎo)向印i層104的正面。 除了以選定劑量及能量將摻雜劑導(dǎo)向該襯底之外，再次以相對(duì)于基本上正交于層104 的正面的線(在此情況下為軸306)的非零傾斜角θ將摻雜劑410導(dǎo)向該襯底。如前所述， 基于各種因素(包括注入?yún)^(qū)的所需側(cè)向范圍)來(lái)選擇傾斜角Θ。在一實(shí)施例中，額外扭轉(zhuǎn)位置處所使用的傾斜角θ可與初始扭轉(zhuǎn)位置處所使用的傾斜角相同，但在其它實(shí)施例中， 額外扭轉(zhuǎn)位置處所使用的傾斜角不需要與初始扭轉(zhuǎn)位置處所使用的傾斜角或任何其它額外扭轉(zhuǎn)位置處所使用的傾斜角相同。因?yàn)檠谀?02的存在，所以摻雜劑410僅能夠在開(kāi)口 304中到達(dá)印i層104的曝露正面。隨著摻雜劑410轟擊印i層104正面的曝露部分，摻雜劑滲入該表面并形成epi 層104內(nèi)的第二注入?yún)^(qū)502。第二注入?yún)^(qū)502部分地與第一注入?yún)^(qū)406重迭以形成具有相對(duì)較高摻雜劑濃度的重迭區(qū)503。第一注入?yún)^(qū)406與第二注入?yún)^(qū)502的組合因此產(chǎn)生圖IA 至ID的光電檢測(cè)器注入?yún)^(qū)108，其中重迭區(qū)108c對(duì)應(yīng)于重迭區(qū)503，非重迭區(qū)108b對(duì)應(yīng)于第一注入406的不與第二注入?yún)^(qū)502重迭的區(qū)，且圖IA及圖IC的非重迭區(qū)108a對(duì)應(yīng)于第二注入?yún)^(qū)502的不與第一注入?yún)^(qū)406重迭的區(qū)。由于第一注入?yún)^(qū)406與第二注入?yún)^(qū)502的重迭，重迭區(qū)108c具有比非重迭區(qū)108a及108b相對(duì)較高的摻雜劑濃度，從而使注入?yún)^(qū)108 成為一漸變式注入?yún)^(qū)。如同第一注入?yún)^(qū)406，注入摻雜劑的非零傾斜角θ導(dǎo)致第二注入?yún)^(qū)502的一部分 504在印i層104的在掩模層302下的部分中形成。歸因于扭轉(zhuǎn)角Ψ = ，在印i層 104的在傳輸柵112下的部分中形成第二注入?yún)^(qū)502的另一部分505。傾斜角θ的使用因此增大第二注入?yún)^(qū)502的側(cè)向范圍并減小注入?yún)^(qū)502與STI 1 之間的距離(S卩，圖IC中的距離d3)。大體而言，傾斜角θ越大，第二注入?yún)^(qū)502的側(cè)向延伸將越大，從而使掩模層 302下方的區(qū)504越大且使注入?yún)^(qū)502的邊緣與STI 126之間的距離d3越小。如圖5A中所示，第一注入?yún)^(qū)406的部分409與第二注入?yún)^(qū)502的部分505的重迭形成傳輸柵112下方的重迭部分506。圖5C說(shuō)明沿著圖5A中的線5C-5C截取的注入?yún)^(qū)406的截面，且示出部分408及 504如何在掩模層302下方延伸。由于截取剖面5C-5C所沿的平面相對(duì)于截取剖面5B-5B 所沿的平面成一角度，因此圖5C中所示的角α不為傾斜角θ，而是傾斜角θ在剖面5C-5C 平面上的正交投影。圖6Α-6Β—起說(shuō)明用于形成圖1A-1D中所示的像素實(shí)施例中的光電檢測(cè)器注入?yún)^(qū)的工序的一實(shí)施例的另一部分。在圖6Α中，光電檢測(cè)器注入?yún)^(qū)108已在印i層104中形成， 且掩模層302仍在適當(dāng)位置保持在印i層104的正面上。在圖6B中，自襯底102的正面移除掩模層302，而留下漸變式注入?yún)^(qū)108，該注入?yún)^(qū)108的一個(gè)橫向側(cè)相距STI 124距離(I1 且相對(duì)的橫向側(cè)相距STI 1 距離d3。因?yàn)樽⑷雲(yún)^(qū)108為漸變式的，所以距離Cl1及(13可小于其在其它情況下為避免產(chǎn)生與注入?yún)^(qū)邊緣處的高電場(chǎng)相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題(諸如，暗電流及白像素)所需的值。在其它實(shí)施例中，在形成像素100的其它元件(諸如，釘扎層110)時(shí)，可在適當(dāng)位置留著掩模層302 ；稍后可接著移除掩模層302以留下最終像素100?；蛘撸羧魏胃嘞袼卦源纬?，則可移除掩模層302，且可在使用或不使用額外掩模層的情況下將額外組件添加至像素100。圖7說(shuō)明成像系統(tǒng)700的一實(shí)施例。光學(xué)器件701 (其可包括折射、衍射或反射光學(xué)器件或這些光學(xué)器件的組合)耦合至圖像傳感器702以將圖像聚焦在該圖像傳感器像素陣列704中的像素上。像素陣列704攝取該圖像，且成像系統(tǒng)700的其余部分處理來(lái)自該圖像的像素?cái)?shù)據(jù)。圖像傳感器702包含像素陣列704以及信號(hào)讀取及處理電路710。在一實(shí)施例中， 圖像傳感器702為背面照射式圖像傳感器，其包括二維像素陣列704，該像素陣列704包括排列成行706及列708的多個(gè)像素。像素陣列704中的像素之一或多個(gè)像素可為圖1A-1D 中所示的像素實(shí)施例之一。在像素陣列704攝取圖像的操作期間，像素陣列704中的每一像素在某一曝光周期期間俘獲入射光(即，光子)且將所采集的光子轉(zhuǎn)換成電荷。由每一像素所產(chǎn)生的電荷可作為模擬信號(hào)讀出，且該模擬信號(hào)的特性(諸如，其電荷、電壓或電流) 將表示在曝光周期期間入射在像素上的光的強(qiáng)度。所說(shuō)明的像素陣列704具有規(guī)則形狀，但在其它實(shí)施例中，該陣列可具有不同于所示排列的規(guī)則或不規(guī)則排列且可包括比所示的像素、列及行多或少的像素、列及行。此外，在不同實(shí)施例中，像素陣列704可為包括紅色像素、綠色像素及藍(lán)色像素的設(shè)計(jì)成攝取光譜的可見(jiàn)光部分中的圖像的彩色圖像傳感器，或可為黑白圖像傳感器和/或設(shè)計(jì)成攝取光譜的不可見(jiàn)光部分(諸如，紅外線或紫外線)中的圖像的圖像傳感器。圖像傳感器702包括信號(hào)讀取及處理電路710。電路710可包括有方法地進(jìn)行以下操作的電路及邏輯從每一像素讀取模擬信號(hào)、對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行濾波、對(duì)有缺陷像素進(jìn)行糾錯(cuò)，等等。在電路710僅執(zhí)行一些讀取及處理功能的實(shí)施例中，可由一個(gè)或多個(gè)其它組件 (諸如，信號(hào)調(diào)節(jié)器712或DSP 716)來(lái)執(zhí)行這些功能中的其余部分。雖然附圖中將讀取及處理電路710示為與像素陣列704分開(kāi)的元件，但在一些實(shí)施例中，讀取及處理電路710可在同一襯底上與像素陣列704整合或可包含嵌入于該像素陣列內(nèi)的電路及邏輯。然而，在其它實(shí)施例中，如圖所示，讀取及處理電路710可為在像素陣列704外部的元件。在另一其它實(shí)施例中，讀取及處理電路710可為不僅在像素陣列704外部、而且在圖像傳感器702外部的元件。信號(hào)調(diào)節(jié)器712耦合至圖像傳感器702以接收并調(diào)節(jié)來(lái)自像素陣列704以及讀取及處理電路710的模擬信號(hào)。在不同實(shí)施例中，信號(hào)調(diào)節(jié)器712可包括用于調(diào)節(jié)模擬信號(hào)的各種組件?？梢?jiàn)于信號(hào)調(diào)節(jié)器中的組件示例包括濾波器、放大器、偏置電路、自動(dòng)增益控制等。在信號(hào)調(diào)節(jié)器712僅包括這些組件中的一些且僅執(zhí)行一些調(diào)節(jié)功能的實(shí)施例中，可由一個(gè)或多個(gè)其它組件(諸如，電路710或DSP 716)來(lái)執(zhí)行其余功能。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 714 耦合至信號(hào)調(diào)節(jié)器712以從信號(hào)調(diào)節(jié)器712接收對(duì)應(yīng)于像素陣列704中的各像素的經(jīng)調(diào)節(jié)的模擬信號(hào)并將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 716耦合至模數(shù)轉(zhuǎn)換器714以從ADC 714接收經(jīng)數(shù)字化的像素?cái)?shù)據(jù)且處理該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以產(chǎn)生最終數(shù)字圖像。DSP 716可包括處理器及內(nèi)部存儲(chǔ)器， DSP 716可在該內(nèi)存中儲(chǔ)存并取回?cái)?shù)據(jù)。圖像經(jīng)DSP 716處理之后，可將該圖像輸出至儲(chǔ)存單元718(諸如，閃存或光學(xué)或磁性儲(chǔ)存單元)及顯示單元720(諸如，LCD屏幕)中之一或兩者。
本發(fā)明的所說(shuō)明實(shí)施例的以上描述(包括摘要中所描述的內(nèi)容)并不旨在窮盡或?qū)⒈景l(fā)明限于所揭示的精確形式。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，盡管本文中出于說(shuō)明性目的而描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例及示例，但在本發(fā)明的范圍內(nèi)各種修改是可能的。可鑒于上文的詳細(xì)描述來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行這些修改。在以下權(quán)利要求中所使用的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)被解釋為將本發(fā)明限于本說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求中所揭示的特定實(shí)施例。更確切而言，本發(fā)明的范圍將完全由以下權(quán)利要求來(lái)確定，權(quán)利要求將根據(jù)權(quán)利要求解釋的已建立準(zhǔn)則來(lái)理解。
權(quán)利要求
1.一種用于通過(guò)摻雜劑注入來(lái)形成CMOS像素中的光電檢測(cè)器區(qū)的工序，所述工序包含掩模襯底表面的光電檢測(cè)器區(qū)域以用于形成所述光電檢測(cè)器區(qū)；以多個(gè)扭轉(zhuǎn)角定位所述襯底；以及在所述多個(gè)扭轉(zhuǎn)角中的每一角度下，以選定傾斜角將注入摻雜劑導(dǎo)向所述光電檢測(cè)器區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的工序，其特征在于，掩模所述光電檢測(cè)器區(qū)域包含在所述襯底表面上方沉積掩模層；以及圖案化及蝕刻所述掩模層以曝露所述襯底表面的所述光電檢測(cè)器區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1所述的工序，其特征在于，所述傾斜角相對(duì)于基本上正交于所述襯底表面的線來(lái)測(cè)量。
4.如權(quán)利要求1所述的工序，其特征在于，所述摻雜劑的類型、劑量及能量在每一扭轉(zhuǎn)角下相同。
5.如權(quán)利要求1所述的工序，其特征在于，進(jìn)一步包含所述襯底在所述多個(gè)扭轉(zhuǎn)角中的每一角度之間旋轉(zhuǎn)期間，將所述摻雜劑導(dǎo)向所述光電檢測(cè)器區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1所述的工序，其特征在于，以多個(gè)扭轉(zhuǎn)角定位所述襯底包含以初始扭轉(zhuǎn)角定位所述襯底；以及繞基本上正交于所述襯底表面的軸將所述襯底旋轉(zhuǎn)至至少一額外扭轉(zhuǎn)角。
7.如權(quán)利要求1所述的工序，其特征在于，對(duì)于所述多個(gè)扭轉(zhuǎn)角中的每一角度，所述傾斜角相同。
8.如權(quán)利要求1所述的工序，其特征在于，對(duì)于所述多個(gè)扭轉(zhuǎn)角中的每一角度，所述傾斜角可改變。
9.如權(quán)利要求1所述的工序，其特征在于，進(jìn)一步包含形成完整CMOS像素的其余元件。
10.如權(quán)利要求9所述的工序，其特征在于，所述CMOS像素的其余元件在掩模所述光電檢測(cè)器區(qū)之前形成。
11.如權(quán)利要求1所述的工序，其特征在于，進(jìn)一步包含形成釘扎層，所述釘扎層具有與所述光電檢測(cè)器區(qū)的電荷類型相反的電荷類型且位于所述光電檢測(cè)器區(qū)與所述襯底表面之間。
12.—種CMOS像素，其包含光電檢測(cè)器區(qū)，其通過(guò)摻雜劑注入形成在襯底中，所述光電檢測(cè)器區(qū)包含重迭的第一摻雜劑注入?yún)^(qū)及第二摻雜劑注入?yún)^(qū)，其中所述重迭區(qū)具有不同于所述第一摻雜劑注入?yún)^(qū)及所述第二摻雜劑注入?yún)^(qū)的非重迭部分的摻雜劑濃度；浮動(dòng)擴(kuò)散體，其形成在所述襯底中；以及傳輸柵，其形成在所述襯底上在所述光電檢測(cè)器與所述傳輸柵之間。
13.如權(quán)利要求12所述的CMOS像素，其特征在于，所述光電檢測(cè)器區(qū)包括其兩個(gè)相對(duì)側(cè)面中的每個(gè)中的凹口。
14.如權(quán)利要求12所述的CMOS像素，其特征在于，所述第一摻雜劑注入?yún)^(qū)通過(guò)以選定傾斜角且在初始扭轉(zhuǎn)位置處將摻雜劑導(dǎo)向所述襯底而形成，且所述第二摻雜劑注入?yún)^(qū)通過(guò)以所選傾斜角且在不同于所述初始扭轉(zhuǎn)位置的額外扭轉(zhuǎn)位置處將摻雜劑導(dǎo)向所述襯底而形成。
15.如權(quán)利要求14所述的CMOS像素，其特征在于，所述傾斜角相對(duì)于基本上正交于所述襯底表面的線來(lái)測(cè)量。
16.如權(quán)利要求12所述的CMOS像素，其特征在于，進(jìn)一步包含釘扎層，所述釘扎層具有與所述光電檢測(cè)器區(qū)的電荷類型相反的電荷類型，其中所述釘扎層形成在所述光電檢測(cè)器區(qū)上方且形成在所述襯底的表面處或附近。
17.如權(quán)利要求12所述的CMOS像素，其特征在于，所述第一摻雜劑注入?yún)^(qū)的所述非重迭部分具有不同于所述第二摻雜劑注入?yún)^(qū)的所述非重迭部分的摻雜劑濃度。
18.—種系統(tǒng)，其包含CMOS圖像傳感器，其形成在襯底中，其中所述CMOS圖像傳感器具有包括CMOS像素的像素陣列，所述CMOS像素包含光電檢測(cè)器區(qū)，其通過(guò)摻雜劑注入而形成在襯底中，所述光電檢測(cè)器區(qū)包含重迭的第一摻雜劑注入?yún)^(qū)及第二摻雜劑區(qū)注入?yún)^(qū)，其中所述重迭區(qū)具有不同于所述第一摻雜劑注入?yún)^(qū)及所述第二摻雜劑注入?yún)^(qū)的非重迭部分的摻雜劑濃度，浮動(dòng)擴(kuò)散體，其形成在所述襯底中，以及傳輸柵，其形成在所述襯底上在所述光電檢測(cè)器與所述傳輸柵之間；以及處理電路，其耦合至所述像素陣列以處理從所述像素陣列接收的信號(hào)。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光電檢測(cè)器區(qū)包括其兩個(gè)相對(duì)側(cè)面中的每個(gè)中的凹口。
20.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一摻雜劑注入?yún)^(qū)通過(guò)以選定傾斜角且在初始扭轉(zhuǎn)位置處將摻雜劑導(dǎo)向所述襯底而形成，且所述第二摻雜劑注入?yún)^(qū)通過(guò)以所選傾斜角且在不同于所述初始扭轉(zhuǎn)位置的額外扭轉(zhuǎn)位置處將摻雜劑導(dǎo)向所述襯底而形成。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傾斜角相對(duì)于基本上正交于所述襯底表面的線來(lái)測(cè)量。
22.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述CMOS像素進(jìn)一步包含釘扎層，所述釘扎層具有與所述光電檢測(cè)器區(qū)的電荷類型相反的電荷類型，其中所述釘扎層形成在所述光電檢測(cè)器區(qū)上方且形成在所述襯底表面處或附近。
23.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一摻雜劑注入?yún)^(qū)的所述非重迭部分具有不同于所述第二摻雜劑注入?yún)^(qū)的所述非重迭部分的摻雜劑濃度。
24.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理電路包括數(shù)字信號(hào)處理器，所述數(shù)字信號(hào)處理器耦合至所述圖像傳感器以處理從所述圖像傳感器接收的所述信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有漸變式光電檢測(cè)器注入的高全阱容量像素，本發(fā)明提供一種用于通過(guò)摻雜劑注入而形成CMOS像素中的光電檢測(cè)器區(qū)的工序?qū)嵤├?，該工序包含掩模襯底表面的光電檢測(cè)器區(qū)域以用于形成該光電檢測(cè)器區(qū)；以多個(gè)扭轉(zhuǎn)角定位該襯底；且在該多個(gè)扭轉(zhuǎn)角中的每一角度下，以選定傾斜角將摻雜劑導(dǎo)向該光電檢測(cè)器區(qū)。CMOS像素的實(shí)施例包含光電檢測(cè)器區(qū)，其形成在襯底中，該光電檢測(cè)器區(qū)包含重迭的第一摻雜劑注入?yún)^(qū)及第二摻雜劑注入?yún)^(qū)，其中該重迭區(qū)具有不同于該第一注入?yún)^(qū)及該第二注入?yún)^(qū)的非重迭部分的摻雜劑濃度；浮動(dòng)擴(kuò)散體，其形成在該襯底中；以及傳輸柵，其形成在該襯底上在該光電檢測(cè)器與該傳輸柵之間。揭示并要求保護(hù)其它實(shí)施例。
文檔編號(hào)H01L29/36GK102214610SQ20111009607
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者D·毛, H·E·羅茲, V·韋內(nèi)齊亞, 戴幸志, 錢(qián)胤 申請(qǐng)人:美商豪威科技股份有限公司