[发明专利]图像传感器中的光侦测器隔离

说明书

技术领域

本发明涉及供用于数字相机及其它类型的图像捕捉装置中的图像传感器，具体涉及互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。更具体地，本发明涉及CMOS图像传感器中的光电二极管隔离及用于产生此隔离的方法。

发明背景

图像传感器使用通常配置成阵列的数千个至数百万个像素来捕捉图像。图1描绘根据现有技术的CMOS图像传感器中通常所使用的像素的俯视图。像素100包括响应于入射光而收集电荷的光侦测器(PD)102。在读出光侦测器102的电荷的前，经由接点104将一适当信号施加至重设晶体管的栅极(RG)以将电荷转电压转换区(FD)106重设至一已知电位VDD。当经由使用接点108将一适当信号施加至转移栅极(TG)而启用转移晶体管时，电荷接着自光侦测器102转移至电荷转电压转换区106。电荷转电压转换区106用以将所收集的电荷转换成电压。

放大器晶体管(SF)的栅极110经由信号线111连接至电荷转电压转换区106。为了将来自电荷转电压转换区106的电压转移至一输出端VOUT，经由接点112将一适当信号施加至行选择晶体管(RS)的栅极。该行选择晶体管的激活启用放大器晶体管(SF)，SF继而将来自电荷转电压转换器(FD)的电压转移至VOUT。浅渠沟隔离区(STI)包围光侦测器(PD)及像素100以电隔离图像传感器中的像素与邻近像素。n型隔离层114包围这些STI区，如将结合图2及图3更详细描述的。

图2说明沿着图1中的线A-A的横截面示意图，其描绘现有技术的像素结构。像素100包括转移栅极(TG)、电荷转电压转换区106及光侦测器102。光侦测器102实施为由形成于n型层204内的n+钉扎层200及p型储存区202组成的钉扎光电二极管。n型层204安置于基板层206上方。

浅渠沟隔离区(STI)208横向地邻近于光侦测器102的相对侧而形成且包围该光侦测器。STI 208亦横向地邻近于电荷转电压转换区106而形成，其中转移栅极(TG)定位于光侦测器102与电荷转电压转换区106之间。STI区208包括形成于n型层204中的用介电材料210填充的渠沟。n型隔离层114包围每一渠沟的侧壁及底部。通常藉由在用介电材料210填充渠沟的前将n型掺杂剂植入至渠沟的侧壁及底部中而形成隔离层114。

图3描绘沿着图1中的线B-B的横截面示意图，其描绘现有技术的像素结构。STI 208横向地邻近于光侦测器102而形成且包围光侦测器102。STI 208亦横向地邻近于电荷转电压转换区106而形成。n型隔离层114包围渠沟的侧壁及底部。

隔离层114的浅n+植入可使电荷转电压转换区106的周边电容增加，且可由于藉由n型隔离层及p型电荷转电压转换区106形成的p+/n+二极管结而导致较高暗电流或点缺陷。另外，横向地邻近于像素100中的一或多个晶体管(诸如，放大器晶体管(SF))的n型隔离层114可减小晶体管的有效宽度。此可导致窄沟道效应，且需要反过来减小像素的填充因子的较宽晶体管的设计。

发明内容

图像传感器包括形成成像区域的像素阵列。至少一个像素包括安置于硅半导体层中的光侦测器及电荷转电压转换区。光侦测器包括具有第一导电类型的储存区，该储存区安置于具有第二导电类型的该硅半导体层中。电荷转电压转换区具有该第一导电类型，且可藉由定位于该储存区与该电荷转电压转换区之间的转移栅极电连接至该储存区。

浅渠沟隔离区横向地邻近于该光侦测器、该电荷转电压转换区及每一像素中的其它特征及组件而形成或包围该光侦测器、该电荷转电压转换区及每一像素中的其它特征及组件。这些浅渠沟隔离区各自包括安置于该硅半导体层中的用介电材料填充的渠沟。浅渠沟隔离区横向地邻近于每一光侦测器且包围每一光侦测器。具有第二导电性的隔离层仅沿着渠沟的紧邻于光侦测器的底部部分且仅沿着渠沟的紧邻于光侦测器的侧壁而安置。该隔离层不沿着该渠沟的其余底部部分及相对侧壁安置。

另一浅渠沟隔离区横向地邻近于每一像素中的其它电组件或包围每一像素中的其它电组件。这些其它电组件可包括电荷转电压转换区及一或多个晶体管的源极/漏极植入区。隔离层不沿着邻近于像素中的这些其它电组件的渠沟的底部及侧壁安置。

附图说明

图1描绘根据现有技术的CMOS图像传感器中通常所使用的像素的俯视图；

图2说明沿着图1中的线A-A的横截面图，其描绘现有技术的像素结构；

图3描绘沿着图1中的线B-B的横截面图，其描绘现有技术的像素结构；

图4为根据本发明的实施例中的图像捕捉装置的简化方块图；