[发明专利]图像传感器中的部分埋入式沟道传送装置

说明书

技术领域

本发明一般来说涉及光学器件，且明确地说(但非排他地)涉及图像传感器。

背景技术

图像传感器广泛用于数字静物相机、蜂窝式电话、安全相机中以及医疗、汽车及其它应用中。使用互补金属氧化物半导体(“CMOS”)技术来在硅衬底上制造较低成本的图像传感器。在大量图像传感器中，图像传感器通常包含数百个、数千个或甚至数百万个光传感器单元或像素。典型个别像素包含微透镜、滤光器、光敏元件、浮动扩散区域及用于从光敏元件读出信号的一个或一个以上晶体管。典型像素中所包含的晶体管中的一者通常称为传送晶体管，所述传送晶体管包含安置于光敏元件与浮动扩散部之间的传送栅极。所述传送栅极安置于栅极氧化物上。光敏元件、浮动扩散区域及栅极氧化物安置于衬底上。

在典型像素的操作期间，当将偏置电压施加到传送栅极时可在所述传送栅极下方形成导电沟道区域，以使得图像电荷从光敏元件传送到浮动扩散区域。然而，常规像素通常遭受图像滞后、模糊及制造挑战。

图像滞后可由常规传送晶体管不能从光敏元件移除所有信号以使得在像素的连续读取期间残留信号仍保留造成。保留于光敏元件中的此残余信息通常称为图像滞后、残留图像、重影或帧间滞留。

模糊可由图像的致使光生过剩电荷载子溢出到邻近光敏元件中的高强度部分造成。在传送晶体管的一种设计中，如在标准NMOS晶体管中，N掺杂的多晶硅栅极电极控制表面沟道晶体管。在此设计中，晶体管的阈值电压为低的，且在积分周期期间通常需要施加负栅极偏置，且需要大的栅极电压摆幅来最小化图像滞后。在此情形中，模糊可产生且模糊可限制成像传感器的动态范围且可限制成像传感器的商业应用的类型。

常规像素中的制造挑战可起源于光敏元件相对于传送栅极的位置敏感放置。放置的敏感性质可导致各部分中的增加的缺陷及增加的制造成本。

发明内容

本申请案的一方面提供一种图像传感器像素，其包括：光敏元件，其安置于衬底层中以用于响应于光而积累图像电荷；浮动扩散(“FD”)区域，其安置于所述衬底层中以从所述光敏元件接收所述图像电荷；及传送装置，其安置于所述光敏元件与所述FD区域之间以将所述图像电荷从所述光敏元件选择性地传送到所述FD区域，所述传送装置包含：栅极，其安置于所述光敏元件与所述浮动扩散区域之间；埋入式沟道掺杂剂区域，其经安置而邻近于所述FD区域且在所述栅极下方；及表面沟道区域，其安置于所述埋入式沟道掺杂剂区域与所述光敏元件之间且安置于所述栅极下方。

本申请案的另一方面提供一种成像系统，其包括：成像像素阵列；及读出电路，其耦合到所述成像像素阵列以从图像传感器像素中的每一者读出图像数据，其中所述成像像素阵列中的每一成像像素包含：光敏元件，其安置于衬底层中以用于响应于光而积累图像电荷；浮动扩散(“FD”)区域，其安置于所述衬底层中以从所述光敏元件接收所述图像电荷；及传送装置，其安置于所述光敏元件与所述FD区域之间以将所述图像电荷从所述光敏元件选择性地传送到所述FD区域，所述传送装置包含：栅极，其安置于所述光敏元件与所述浮动扩散区域之间；埋入式沟道掺杂剂区域，其经安置而邻近于所述FD区域且在所述栅极下方；及表面沟道区域，其安置于所述埋入式沟道掺杂剂区域与所述光敏元件之间且安置于所述栅极下方。

本申请案的又一方面提供一种制作图像传感器像素的方法，所述方法包括：在半导体结构上形成埋入式沟道装置掩模，从而隔离埋入式沟道装置将安置之处；使用高能量离子植入将第一掺杂剂植入到埋入式沟道掺杂剂区域中，其中包含所述第一掺杂剂的离子束在植入到所述埋入式沟道掺杂剂区域中之前行进通过多晶硅栅极，所述埋入式沟道掺杂剂区域安置于所述图像传感器像素的光敏元件与所述图像传感器像素的浮动扩散(“FD”)区域之间；移除所述埋入式沟道装置掩模；在所述半导体结构上形成表面沟道装置掩模，从而隔离表面沟道装置将安置之处；及将第二掺杂剂植入到表面沟道掺杂剂区域中，所述表面沟道掺杂剂区域安置于所述埋入式沟道掺杂剂区域与所述光敏元件之间。

附图说明

参考以下各图描述本发明的非限制性及非穷尽性实施例，其中除非另有规定，否则贯穿各个视图相似参考编号指代相似部件。

图1是包含常规传送栅极结构及常规光敏元件结构的常规图像传感器像素的截面图。

图2是图解说明根据本发明的实施例的图像传感器的功能框图。

图3是图解说明根据本发明的实施例的图像传感器内的两个图像传感器像素的样本像素电路的电路图。