[发明专利]用于沟道隔离的斜角注入

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，更具体地说，涉及用于高量子效率成像器的经改进的隔离结构。

背景技术

CMOS成像器作为低成本图像传感器已经日益广泛地应用。CMOS成像器电路包括像素单元的焦平面阵列，每一个像素单元包括位于衬底掺杂区域上的光电二极管、光电门(photo gate)或是光电导体(photo conductor)，用于在衬底下面区域积累光生电荷(photo-generated charge)。读出电路与每一像素单元连接，并包括在邻近光电二极管、光电门或光电导体的衬底上形成的电荷转移部分，该电荷转移部分包括与源极跟随器输出晶体管的栅极连接的传感结(一般为浮动扩散结)。该成像器可以包括至少一个晶体管用于将电荷从衬底的电荷积累区域转输到浮动扩散结，且还有一个晶体管用于将扩散结复原至在电荷转移之前预定电荷电平。

在传统的CMOS成像器中，像素单元的有源元件执行以下必要的功能：(1)光子-电荷变换；(2)图像电荷的积累；(3)传输电荷转移至浮动扩散结；(4)将浮动扩散结复原至电荷转移前的已知状态；(5)选择一像素读出；(6)输出并放大代表像素电荷的信号。在浮动扩散结上的电荷由源极跟随器输出晶体管转换为像素输出电压。CMOS成像器像素的光敏元件一般为耗尽型p-n结光电二极管或在光电门下面的场感应掺杂区。

上述讨论的这种类型CMOS成像器电路已在例如Nixon等的“256×256 CMOS Active Pixel Sensor Camera-on-a-chip”文中{IEEEJournal of Solid-State Circuits，Vol.31(12)，2046-2050页(1996)}和Mendis等人的“CMOS Active Pixel Image Sensor”文中{IEEETransaction on Electron Devices，Vol.41(3)，452-453页(1994)}一般地介绍和讨论(通过引用而纳入本申请)。

图1为示范性CMOS传感器像素四晶体管(4T)单元10的半导体晶片片段的示意顶视图。如下所述，CMOS传感器像素单元10包括在衬底下面部分的光生电荷积累区21。该区21构成牵制二极管(pinned diode)11(图2)。牵制二极管称之为“牵制的”，这是因为当光电二极管被充分耗尽时光电二极管的电位被牵制在恒定值上。然而，应该理解CMOS传感器像素单元可以具有光电门、光电导体、内埋式光电二极管或其它图像转换为电荷的器件来替代牵制光电二极管作为光生电荷积累区21。

图1的CMOS图像传感器10具有将在电荷积累区21产生的光电电荷转移至浮动扩散区(传感结)25的转移栅(transfer gate)30。浮动扩散区25还与源极跟随器晶体管的栅50连接。该源极跟随器晶体管提供输出信号给行选择晶体管，行选择晶体管具有栅60用于将输出信号有选择地栅控至终端32。复原晶体管具有栅40，将浮动扩散区25复原至在每个电荷从电荷积累区21传输之前的特定电荷电平。

图2示出图1的示范性CMOS图像传感器10沿线2-2′的截面图。电荷积累区21形成为具有光敏区即P-N-P结区的牵制光电二极管11，P-N-P结区由p型层24、n型区域26和p型衬底20构成。牵制光电二极管11包括两个p型区20、24，使得n型光电二极管区26在牵制电压上充分耗尽。在晶体管栅40、50、60的任一侧有杂质掺杂的源极/漏极区域22(图1)，最好为n型导电类型。邻近转移栅30的浮动扩散区25也最好为n型的。

一般说，在例如图1-2的CMOS图像传感器单元10的CMOS图像传感器中，入射光引起电子在区域26中集合。由具有栅50的源极跟随器晶体管产生的最大输出信号正比于从区域26抽取的电子数量。最大输出信号随着区域26获得电子的电子容量即可接受性的增大而增加。牵制光电二极管的电子容量一般取决于图像传感器的掺杂程度和注入活性层的掺杂物。

图2也示出在邻近电荷积累区21的活性层20中形成的沟道隔离区15。沟道隔离区15一般使用传统STI工艺或使用LOCOS(硅局部氧化)工艺形成。图2也示出在CMOS图像传感器10上形成的半透明或透明的绝缘层55。使用传统工艺方法形成(例如)绝缘层中的接触孔32(图1)提供与源/漏区22、浮动扩散区25和其他接线的电连接，以连接各栅极和CMOS图像传感器10中的其它接线。