專(zhuān)利名稱(chēng)：具有外延自對(duì)準(zhǔn)光傳感器的圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及圖像傳感器，且具體地但非排他地涉及互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS)圖像傳感器。
背景技術(shù)：
圖像傳感器廣泛用于數(shù)字靜態(tài)相機(jī)、蜂窩式電話(huà)、保安相機(jī)以及醫(yī)療、汽車(chē)及其它 應(yīng)用中?；パa(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(“CMOS”)技術(shù)用于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，被稱(chēng)為釘扎光電二極管的光電二極管結(jié)構(gòu)由于其低噪聲性能而 得以使用。在這些常規(guī)光電二極管結(jié)構(gòu)中，P+型摻雜層鄰近轉(zhuǎn)移柵極而離子植入于硅表面 處或剛好植入于該硅表面下方。N型摻雜層亦鄰近該轉(zhuǎn)移柵極較深地離子植入至該P(yáng)型摻 雜硅襯底中。該N型層為儲(chǔ)存遠(yuǎn)離通常存在缺陷的表面區(qū)域的電荷的隱埋層。P+型摻雜層 的目的為使光電二極管表面上的缺陷鈍化。P+型摻雜釘扎層、N型摻雜光電二極管區(qū)域及 鄰近轉(zhuǎn)移柵極的邊緣的相對(duì)位置應(yīng)仔細(xì)地加以工程設(shè)計(jì)，以改良經(jīng)由轉(zhuǎn)移柵極進(jìn)行的光電 二極管電荷轉(zhuǎn)移。此情形隨著CMOS圖像傳感器(“CIS”)持續(xù)小型化而變得日益重要。隨著CIS持續(xù)小型化，其像素且主要其光電二極管區(qū)域的面積收縮，此情形導(dǎo)致 較小的截獲光且保持光生電荷的能力。另外，隨著引入背側(cè)照明式(“BSI”)圖像傳感器， 其減薄的襯底尤其針對(duì)較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光對(duì)光生電荷進(jìn)一步施加限制，較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光可穿過(guò)硅 襯底而不被完全吸收。雖然制造技術(shù)的進(jìn)步便于最小容許CMOS大小的減小，但形狀置放的 可變性(即，對(duì)準(zhǔn)容限)的減小已經(jīng)以較慢速率進(jìn)行。圖像延滯常常取決于N型摻雜光電 二極管與其鄰近轉(zhuǎn)移柵極邊緣之間的一致對(duì)準(zhǔn)容限。附圖簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1 (現(xiàn)有技術(shù))為常規(guī)前側(cè)照明式CMOS圖像傳感器像素的橫截面圖。圖2為根據(jù)一實(shí)施例的減小重迭可變性、減少離子植入相關(guān)缺陷并改良較長(zhǎng)的可 見(jiàn)光及紅外線(xiàn)輻射吸收的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。圖3A至圖3C為根據(jù)一實(shí)施例的用于形成光電二極管及像素的工藝的橫截面圖。圖4為說(shuō)明根據(jù)一實(shí)施例的傳感器的框圖。圖5為說(shuō)明根據(jù)一實(shí)施例的圖像傳感器陣列內(nèi)的兩個(gè)圖像傳感器像素的樣本像 素電路的電路圖。圖6為說(shuō)明根據(jù)一實(shí)施例的成像系統(tǒng)的框圖。具體描述本文中描述具有改良的圖像延滯、噪聲及長(zhǎng)波長(zhǎng)敏感性特性的像素、圖像傳感器、 成像系統(tǒng)，以及像素、圖像傳感器及成像系統(tǒng)的制造方法的實(shí)施例。在以下描述中，陳述眾 多特定細(xì)節(jié)以提供對(duì)這些實(shí)施例的透徹理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本文中所描 述的技術(shù)可在無(wú)這些特定細(xì)節(jié)中的一個(gè)或多個(gè)的情況下或利用其它方法、組件、材料等來(lái) 實(shí)踐。在其它情形下，未詳細(xì)展示或描述熟知的結(jié)構(gòu)、材料或操作，以避免混淆某些方面。舉 例而言，雖然未加以說(shuō)明，但應(yīng)了解，圖像傳感器像素可包括安置在前側(cè)或后側(cè)上的多個(gè)材料層(例如，像素電路、介電層、金屬疊層、濾色片、微透鏡等)，以及用于制造CIS像素的其 它常規(guī)層(例如，抗反射膜等)。此外，本文中所說(shuō)明的圖像傳感器像素的所示橫截面未必 說(shuō)明與每一像素相關(guān)聯(lián)的像素電路。然而，應(yīng)了解，每一像素可包括耦合至其用于執(zhí)行多種 功能(諸如，開(kāi)始圖像獲取、重設(shè)積聚的圖像電荷、轉(zhuǎn)移出所獲取的圖像數(shù)據(jù))的收集區(qū)域 的像素電路。遍及本說(shuō)明書(shū)引用“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”意思是，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，遍及本說(shuō)明書(shū)在各處出現(xiàn) 詞組“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在一實(shí)施例中”未必均指同一實(shí)施例。此外，可在一個(gè)或多個(gè) 實(shí)施例中以任何合適方式組合特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。圖1說(shuō)明常規(guī)CMOS圖像傳感器(“CIS”)像素100。CIS像素100的前側(cè)為如下 一側(cè)，在該側(cè)上像素電路在置于襯底105之上的外延(“印i”)層104內(nèi)形成且由淺渠溝隔 離區(qū)域(“STI”)107分離，并且用于重新分配信號(hào)的金屬疊層110在該側(cè)之上形成。像素 電路亦可包括兩側(cè)上有間隔物125的轉(zhuǎn)移柵極120。在該轉(zhuǎn)移柵極的一側(cè)上，形成了光電 二極管區(qū)域(“PD”) 130，其在轉(zhuǎn)移柵極120下延伸。釘扎層135形成于PD區(qū)域130之上， 且在含有STI 107的摻雜阱140之上延伸。在該轉(zhuǎn)移柵極130的另一側(cè)上，形成了另一摻 雜阱141，其在轉(zhuǎn)移柵極120下延伸。浮動(dòng)二極管145鄰近轉(zhuǎn)移柵極120形成于摻雜阱141 內(nèi)。介電層150形成于轉(zhuǎn)移柵極120、釘扎層135及浮動(dòng)二極管145之上。對(duì)于前側(cè)照明式圖像傳感器，金屬層(例如，金屬層160及165)可以產(chǎn)生光學(xué)通 道的方式圖案化，入射在CIS像素100的前側(cè)上的光可經(jīng)由該光學(xué)通道抵達(dá)PD區(qū)域130。 為實(shí)施彩色CIS，CIS像素100的前側(cè)進(jìn)一步包括安置在微透鏡175下的濾色片層170。微 透鏡175輔助將光聚焦至PD區(qū)域130上。對(duì)于背側(cè)照明式圖像傳感器，光入射于背側(cè)上， 且因此濾色片及微透鏡定位于背側(cè)之上。在操作中，在整合周期(亦稱(chēng)為曝光或積聚周期)期間，PD區(qū)域130儲(chǔ)存與其在 陣列中的位置處的光強(qiáng)度成比例的電荷量。在該整合周期后，轉(zhuǎn)移柵極120導(dǎo)通以將PD區(qū) 域130中所保持的電荷轉(zhuǎn)移至浮動(dòng)二極管145。在該信號(hào)已轉(zhuǎn)移至浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)145后，轉(zhuǎn)移 柵極120再次截止以對(duì)后續(xù)整合周期作好準(zhǔn)備。浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)145上的信號(hào)可接著用以調(diào)制 放大或源極隨耦器晶體管(未示出)。如圖1中所說(shuō)明地，PD區(qū)域130的一部分在轉(zhuǎn)移柵極120及間隔物125下延伸以 形成區(qū)域136。在轉(zhuǎn)移柵極120下仔細(xì)置放PD區(qū)域130有益于將信號(hào)自PD區(qū)域130最佳 地轉(zhuǎn)移至浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)145。一種普通方法為經(jīng)由以相對(duì)于表面法線(xiàn)的角度(例如，45度) 離子植入摻雜劑而在轉(zhuǎn)移柵極120的邊緣下插入PD區(qū)域摻雜劑。與此工藝相關(guān)聯(lián)的可變 性的多個(gè)來(lái)源需要重迭較大，以便確保與后續(xù)釘扎層135的重迭及分離。此大的且可變的 重迭限制像素小型化的量，以及促成圖像延滯性能的可變性。另外，使用離子植入會(huì)引入晶 體缺陷，這些晶體缺陷導(dǎo)致暗電流且將噪聲貢獻(xiàn)至所轉(zhuǎn)移的信號(hào)。此外，轉(zhuǎn)移柵極的離子轟 擊可使下層?xùn)艠O氧化物的完整性降級(jí)。歸因于氧化物降級(jí)的發(fā)生，對(duì)離子植入?yún)?shù)具有上 限，此情形限制了 PD區(qū)域130的設(shè)計(jì)的靈活性。圖2為根據(jù)本申請(qǐng)的一實(shí)施例的外延自對(duì)準(zhǔn)光電二極管像素200的側(cè)視圖。像素 200的所示實(shí)施例包括類(lèi)似于像素100的結(jié)構(gòu)的一些結(jié)構(gòu)。相似結(jié)構(gòu)具有相似標(biāo)記。PD區(qū) 域230 ( 一般亦稱(chēng)為光傳感器區(qū)域230)通過(guò)首先蝕刻至外延層104中且接著外延生長(zhǎng)諸如硅鍺(SiGe)層或硅(Si)層的層而形成。SiGe或Si外延層可生長(zhǎng)，以使得其上表面向上延 伸超出外延層104的原始表面。經(jīng)摻雜釘扎層236沿SiGe或Si外延層之上表面形成。此 結(jié)構(gòu)所致的一改良為轉(zhuǎn)移柵極120及間隙物125下的PD區(qū)域230的延伸區(qū)域236可以較 小可變性形成，且可因此針對(duì)較小重迭加以設(shè)計(jì)而無(wú)未能重迭的風(fēng)險(xiǎn)。此情形使較激進(jìn)的 小型化能夠繼續(xù)進(jìn)行。亦因?yàn)槲词褂秒x子植入，所以避免了通常與高能植入相關(guān)聯(lián)的表面 缺陷及多晶柵極氧化物完整性降級(jí)。圖3A至圖3C說(shuō)明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的一種用于制造外延自對(duì)準(zhǔn)光電二極管200的 技術(shù)。圖3A說(shuō)明類(lèi)似于像素200的像素的橫截面，該像素已制造到轉(zhuǎn)移柵極120、間隔物 125,STI 107及阱140與141由蝕刻掩模310保護(hù)且PD區(qū)域230已通過(guò)PD移除蝕刻自外 延層104移除以在外延層104內(nèi)形成內(nèi)凹之時(shí)。PD移除蝕刻工藝亦在轉(zhuǎn)移柵極120下產(chǎn)生 延伸區(qū)域236，且與轉(zhuǎn)移柵極120及間隔物125自對(duì)準(zhǔn)。延伸區(qū)域236的寬度可處于約40 納米與約400納米之間。PD移除蝕刻工藝元件類(lèi)似于應(yīng)變工程設(shè)計(jì)CMOS晶體管技術(shù)中所 使用的元件，且其能夠在轉(zhuǎn)移柵極120及間隔物125下提供良好控制且可重復(fù)的延伸區(qū)域 236。PD移除蝕刻可為各向同性或各向異性的，且其可使用氣體或液體蝕刻劑。終止于硅的 (111)結(jié)晶平面的蝕刻劑通常用于高級(jí)CMOS制造工藝中，且可適用于此實(shí)施例。PD移除蝕 刻可使用深各向異性蝕刻步驟以產(chǎn)生深空腔，然后是經(jīng)設(shè)計(jì)以在轉(zhuǎn)移柵極120下產(chǎn)生與轉(zhuǎn) 移柵極120及間隔物125自對(duì)準(zhǔn)的延伸區(qū)域236的單獨(dú)步驟。在PD移除蝕刻后，如圖;3B中所示，諸如硅或硅鍺合金的外延生長(zhǎng)區(qū)域形成于藉由 PD移除蝕刻所形成的空腔中。外延生長(zhǎng)區(qū)域選擇性地填充于轉(zhuǎn)移柵極120及間隔物125下 的延伸區(qū)域236中。生長(zhǎng)層并不沉積在掩模310上。在沉積外延生長(zhǎng)的PD區(qū)域230期間， 蝕刻劑物質(zhì)可在生長(zhǎng)步驟之間交替引入，以便自掩模310之上移除任何生長(zhǎng)物。在一個(gè)實(shí) 施例中，外延生長(zhǎng)的PD區(qū)域230持續(xù)生長(zhǎng)在外延層104的原始表面上方。以此方式，PD區(qū) 域230的厚度可增加且進(jìn)一步加強(qiáng)其更好地吸收較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光子的能力，這些較長(zhǎng)波長(zhǎng)的 光子相比于較短波長(zhǎng)的光子可較深地滲透至SiGe及Si中。在一個(gè)實(shí)施例中，外延生長(zhǎng)的 PD區(qū)域230可在外延層104的原始表面或頂表面上方形成半球形形狀，該半球形形狀可充 當(dāng)用于前側(cè)照明式圖像傳感器像素的光學(xué)透鏡以將光聚焦至PD區(qū)域230中，或充當(dāng)用于背 側(cè)照明式圖像傳感器像素的光學(xué)反射器以將已穿過(guò)PD區(qū)域230的光反射回至PD區(qū)域230 中。在一個(gè)實(shí)施例中，外延生長(zhǎng)的PD區(qū)域230的厚度處于約200納米與約2000納米之間。 在一些實(shí)施例中，PD區(qū)域230在轉(zhuǎn)移柵極120的頂部上方延伸，如圖所示。在一個(gè)實(shí)施例中，硅鍺合金可用于制造PD區(qū)域230。硅鍺在吸收近紅外線(xiàn)光子時(shí) 有效。硅的能帶隙隨著其與增加量的鍺形成合金而減小，從而顯著增大吸收系數(shù)，在較長(zhǎng)波 長(zhǎng)下尤為如此。藉由使用硅鍺合金，可見(jiàn)光譜中的吸收系數(shù)亦增加。硅鍺合金可隨著其在 生長(zhǎng)工藝期間藉由添加P或N型摻雜劑的熟知摻雜劑源來(lái)生長(zhǎng)而被摻雜?？煽刂撇⒏淖儞?雜濃度分布(doping profile)(亦即，因變于生長(zhǎng)厚度的摻雜濃度)。在形成自對(duì)準(zhǔn)的外延生長(zhǎng)的PD區(qū)域230后，釘扎層235形成于PD區(qū)域230的表面 之上，如圖3C中所示?？山逵墒褂美鏐n、BF2或銦離子的P型摻雜劑來(lái)離子植入PD區(qū)域 230的表面。舉例而言，P型摻雜劑離子植入劑量可處于4X IO12離子/平方厘米與1 X IO15 離子/平方厘米之間。若使用BF2，則離子植入能量可處于^feV與500KeV之間?；蛘?，可 在PD區(qū)域230的外延生長(zhǎng)工藝期間作為摻雜劑添加至生長(zhǎng)層的最終步驟形成釘扎層235。
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本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)了解，其它方法可用于形成外延光電二極管。因此，本申請(qǐng) 案構(gòu)想且意欲涵蓋形成此外延二極管的所有方法。外延自對(duì)準(zhǔn)光電二極管像素200的實(shí) 施例提供相比于過(guò)去實(shí)施方案的顯著益處。第一，PD區(qū)域230和轉(zhuǎn)移柵極120的所需重迭 (例如，延伸區(qū)域236)以允許進(jìn)一步小型化圖像傳感器像素的可重復(fù)且緊湊的方式形成。 第二，重迭在未使用成角度離子植入的情況下形成，成角度離子植入可遺留殘余缺陷，從而 引起增加的暗電流并使轉(zhuǎn)移多晶柵極氧化物完整性降級(jí)。第三，外延生長(zhǎng)的PD區(qū)域230可 用硅鍺合金形成，硅鍺合金具有增加的光子吸收性質(zhì)且可使圖像傳感器范圍進(jìn)一步延伸至 紅外線(xiàn)光譜中，同時(shí)增加可見(jiàn)光譜中的吸收。第四，外延生長(zhǎng)的PD區(qū)域可形成為在原始襯 底表面上方延伸，以提供較厚的PD區(qū)域從而進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)較長(zhǎng)波長(zhǎng)輻射的吸收。在所揭示的實(shí)施例中，襯底105可經(jīng)P型摻雜，外延層104可經(jīng)P型摻雜，摻雜阱 140及141可經(jīng)P型摻雜，浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)145可經(jīng)N型摻雜，PD區(qū)域230可經(jīng)N型摻雜，釘扎 層235可經(jīng)P型摻雜，且轉(zhuǎn)移柵極120可經(jīng)N型摻雜。應(yīng)了解，所有元件的導(dǎo)電型可加以交 換，以使得例如襯底105可經(jīng)N+摻雜，外延層104可經(jīng)N-摻雜，阱區(qū)域140及141可經(jīng)N 摻雜，且PD區(qū)域230可經(jīng)P摻雜。圖4為說(shuō)明根據(jù)一實(shí)施例的CIS 400的框圖。CIS 400的所示實(shí)施例包括具有上 述改良特性中的部分或全部的像素陣列405、讀出電路410、功能邏輯415及控制電路420。 像素陣列405為圖像傳感器像素(例如，像素P1、P2…、Pn)的二維(“2D”)陣列。在一個(gè) 實(shí)施例中，使用圖2中所示的像素200實(shí)現(xiàn)每一像素。在一個(gè)實(shí)施例中，每一像素為CIS像 素。在一個(gè)實(shí)施例中，像素陣列405包括濾色片陣列，其包括紅色、綠色及藍(lán)色濾光片的彩 色圖案(例如，拜耳(Bayer)圖案或馬賽克)。如圖所示，每一像素被排列成列(例如，列 Rl至Ry)及行(例如，行Cl至Cx)以獲取人、地點(diǎn)或?qū)ο蟮膱D像數(shù)據(jù)，該圖像數(shù)據(jù)接著可用 以呈現(xiàn)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)或圖像電荷后，圖像數(shù)據(jù)由讀出電路410讀出并轉(zhuǎn) 移至功能邏輯415。讀出電路410可包括放大電路、模數(shù)(“ADC”)轉(zhuǎn)換電路或其它電路。 功能邏輯415可單純地儲(chǔ)存圖像數(shù)據(jù)或甚至藉由應(yīng)用圖像后制效果(例如，修剪、旋轉(zhuǎn)、去 紅眼、調(diào)整亮度、調(diào)整對(duì)比度或其它操作)來(lái)操縱圖像數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，讀出電路410 可沿讀出列線(xiàn)路一次讀出一行圖像數(shù)據(jù)(示出)，或者可使用多種其它技術(shù)讀出圖像數(shù)據(jù) (未示出)，諸如行/列讀出、串行讀出，或同時(shí)對(duì)所有像素的全并行讀出。控制電路420與 像素陣列405連接，以控制像素陣列405的操作特性。舉例而言，控制電路420可產(chǎn)生用于 控制圖像獲取的快門(mén)信號(hào)(shutter signal) 0圖5為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的在一像素陣列內(nèi)的兩個(gè)四晶體管(“4T”)像 素的像素電路500的電路圖。像素電路500為用于實(shí)現(xiàn)圖4的像素陣列405內(nèi)的每一像素 的一個(gè)可能的像素電路架構(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)明的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明的教示亦適用于3T設(shè)計(jì)、5T設(shè)計(jì)及各 種其它像素架構(gòu)。在圖5中，像素1 及1 配置成兩行及一列。每一像素電路500的所示實(shí)施例包 括光電二極管PD、轉(zhuǎn)移晶體管Tl、重設(shè)晶體管T2、源極隨耦器(“SF”)晶體管T3及選擇晶 體管T4。在操作期間，轉(zhuǎn)移晶體管Tl接收轉(zhuǎn)移信號(hào)TX，其將在光電二極管PD中所積聚的 電荷轉(zhuǎn)移至浮動(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可耦合至用于臨時(shí)儲(chǔ)存圖像電荷的儲(chǔ)存電容器。重設(shè)晶體管T2耦合在電源軌線(xiàn)VDD與浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD之間，以在重設(shè)信號(hào)RST 的控制下重設(shè)像素(例如，對(duì)FD及PD放電或充電至一預(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耦合于電源軌線(xiàn)VDD與選擇晶體管T4之間。 SF晶體管T3作為源極隨耦器操作，從而提供至浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的高阻抗連接。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500的輸出耦合至讀出列線(xiàn)路。圖6說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的利用CIS 400的成像系統(tǒng)600。成像系統(tǒng)600 進(jìn)一步包括用于引導(dǎo)來(lái)自待成像至CIS 400上的物品的光的成像光學(xué)器件620，且亦可包 括用于產(chǎn)生經(jīng)處理的圖像數(shù)據(jù)以用于在顯示器640上顯示的信號(hào)處理器630。本發(fā)明的所說(shuō)明實(shí)施例的以上描述(包括在“發(fā)明摘要”中所描述的內(nèi)容)并不 意欲為詳盡的或?qū)⑦@些實(shí)施例限于所揭示的精確形式。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到地，雖 然出于說(shuō)明性目的在本文中描述特定實(shí)施例，但在該范疇內(nèi)各種修改是可能的。可依據(jù)以 上”實(shí)施方式”進(jìn)行這些修改。一些這種修改的示例包括摻雜劑濃度、層厚度及其類(lèi)似者。 此外，雖然本文中所說(shuō)明的實(shí)施例涉及使用前側(cè)照明的CMOS傳感器，但應(yīng)了解，其亦可適 用于使用背側(cè)照明的CMOS傳感器。在所附權(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)中所揭示 的特定實(shí)施例。相反，本發(fā)明的范疇將完全由所附權(quán)利要求來(lái)確定，應(yīng)根據(jù)申請(qǐng)專(zhuān)利范圍解 譯的已制定的教義來(lái)解釋所附權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器像素，包括襯底，其經(jīng)摻雜而具有第一導(dǎo)電型；第一外延層，其置于所述襯底之上且經(jīng)摻雜而具有所述第一導(dǎo)電型；轉(zhuǎn)移晶體管柵極，其置于所述第一外延層之上；及外延生長(zhǎng)的光傳感器區(qū)域，其置于所述第一外延層中且具有第二導(dǎo)電型，其中所述外 延生長(zhǎng)的光傳感器區(qū)域包括在所述轉(zhuǎn)移晶體管柵極的一部分下延伸的延伸區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素，其特征在于，所述外延生長(zhǎng)的光傳感器區(qū)域 包含硅鍺合金。
3.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素，其特征在于，所述外延生長(zhǎng)的光傳感器區(qū)域 延伸至所述第一外延層中且升至高于所述第一外延層的頂部。
4.如權(quán)利要求3所述的圖像傳感器像素，其特征在于，所述外延生長(zhǎng)的光傳感器區(qū)域 在所述第一外延生長(zhǎng)層的所述頂部上方形成半球形形狀。
5.如權(quán)利要求4所述的圖像傳感器像素，其特征在于，所述圖像傳感器像素包括前側(cè) 照明式圖像傳感器像素，且其中所述半球形形狀被塑形為光學(xué)透鏡以將光聚集至所述外延 生長(zhǎng)的光傳感器區(qū)域中。
6.如權(quán)利要求4所述的圖像傳感器像素，其特征在于，所述圖像傳感器像素包含背側(cè) 照明式圖像傳感器像素，且其中所述半球形形狀被塑形為反射器以將光反射回至所述外延 生長(zhǎng)的光傳感器區(qū)域中。
7.如權(quán)利要求3所述的圖像傳感器像素，其進(jìn)一步包括置于所述外延生長(zhǎng)的光傳感器 區(qū)域之上的釘扎層，其中所述釘扎層經(jīng)摻雜而具有所述第一導(dǎo)電型。
8.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素，其特征在于，所述外延生長(zhǎng)的光傳感器區(qū)域 的厚度處于約200納米與約2000納米之間。
9.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素，其特征在于，所述外延生長(zhǎng)的光傳感器區(qū)域 的所述延伸區(qū)域在所述轉(zhuǎn)移晶體管柵極下延伸約40納米與400納米之間。
10.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器像素，其特征在于，所述第二導(dǎo)電型包括N型摻雜 齊U，其具有約5X IO14與5X IO16摻雜劑原子/立方厘米之間的摻雜濃度。
11.一種制造互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(“CMOS”)圖像傳感器像素的方法，所述方法包括制造前側(cè)組件，所述等前側(cè)組件包括在所述CMOS圖像傳感器像素的前側(cè)上的轉(zhuǎn)移晶 體管柵極，其中所述轉(zhuǎn)移晶體管柵極形成于具有第一導(dǎo)電型的外延層之上；在所述外延層中形成內(nèi)凹，其中所述內(nèi)凹在所述轉(zhuǎn)移晶體管柵極的一部分下延伸；及在包括在所述轉(zhuǎn)移晶體管柵極的所述部分下的所述內(nèi)凹內(nèi)外延生長(zhǎng)光傳感器區(qū)域，其 中所述光傳感器區(qū)域具有不同于所述第一導(dǎo)電型的第二導(dǎo)電型。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在所述外延層中形成所述內(nèi)凹包括在所述轉(zhuǎn)移晶體管柵極及所述外延層的頂表面之上形成蝕刻掩模；及蝕刻所述外延層以在所述外延層內(nèi)形成所述內(nèi)凹。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在所述內(nèi)凹內(nèi)外延生長(zhǎng)所述光傳感器區(qū) 域包括外延生長(zhǎng)所述光傳感器區(qū)域以填充包括在所述轉(zhuǎn)移柵極的所述部分下的所述內(nèi)凹；及外延生長(zhǎng)所述光傳感器區(qū)域以形成升至高于所述外延層的所述頂表面的隆起部分。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述隆起部分包含半球形形狀。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述CMOS圖像傳感器像素包括前側(cè)照明 式圖像傳感器像素，且其中所述半球形形狀被塑形為光學(xué)透鏡以將光聚集至所述光傳感器 區(qū)域中。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述CMOS圖像傳感器像素包括背側(cè)照明 式圖像傳感器像素，且其中所述半球形形狀被塑形為反射器以將光反射回至所述光傳感器 區(qū)域中。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述外延生長(zhǎng)的光傳感器區(qū)域包含硅鍺合金 O
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其進(jìn)一步包括對(duì)所述光傳感器區(qū)域的頂層進(jìn)行摻雜而使其具有所述第一導(dǎo)電型。
19.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述光傳感器區(qū)域的厚度處于約200納米與約2000納米之間，且 所述光傳感器區(qū)域在所述轉(zhuǎn)移晶體管柵極下延伸約40納米與400納米之間。
20.一種圖像傳感器，包括圖像傳感器像素的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(「CMOS」)陣列，其置于經(jīng)摻雜而具有第一 導(dǎo)電型的襯底上，其中所述圖像傳感器像素中的每一個(gè)包括 外延層，其置于襯底之上且經(jīng)摻雜而具有第一導(dǎo)電型； 轉(zhuǎn)移晶體管柵極，其形成于所述外延層上；及外延生長(zhǎng)的光傳感器區(qū)域，其置于所述外延層中，且具有第二導(dǎo)電型，其中所述外延生 長(zhǎng)的光傳感器區(qū)域包括在所述轉(zhuǎn)移晶體管柵極的一部分下延伸的延伸區(qū)域；以及讀出電路，其耦合至所述CMOS陣列以自所述等圖像傳感器像素中的每一個(gè)讀出圖像 數(shù)據(jù)。
21.如權(quán)利要求20所述的圖像傳感器，其特征在于，所述外延生長(zhǎng)的光傳感器區(qū)域包含硅鍺合金。
22.如權(quán)利要求21所述的圖像傳感器，其特征在于，所述外延生長(zhǎng)的光傳感器區(qū)域延 伸至所述外延層中且升至高于所述外延層的頂部，且其中所述外延生長(zhǎng)的光傳感器區(qū)域在 所述外延生長(zhǎng)層的所述頂部上方形成半球形形狀。
全文摘要
一種圖像傳感器像素包括經(jīng)摻雜而具有第一導(dǎo)電型的襯底。第一外延層置于該襯底之上且經(jīng)摻雜而亦具有該第一導(dǎo)電型。轉(zhuǎn)移晶體管柵極形成于該第一外延層上。外延生長(zhǎng)的光傳感器區(qū)域置于該第一外延層中且具有第二導(dǎo)電型。該外延生長(zhǎng)的光傳感器區(qū)域包括在轉(zhuǎn)移晶體管柵極的一部分下延伸的延伸區(qū)域。
文檔編號(hào)H04N5/374GK102148231SQ201110008440
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者D·毛, V·韋內(nèi)齊亞, 劉家穎, 戴幸志, 錢(qián)胤, 顧克強(qiáng) 申請(qǐng)人:美商豪威科技股份有限公司