[发明专利]像素、相关的图像传感器和方法

说明书

一种像素，包括半导体衬底、低κ电介质和半导体衬底中的光电二极管区域。半导体衬底具有形成沟槽的衬底顶表面。沟槽延伸到半导体衬底中并且具有相对于围绕沟槽的衬底顶表面的平面区域的沟槽深度。低κ电介质在沟槽深度与相对于平面区域的低κ深度之间的沟槽中。低κ深度小于沟槽深度。光电二极管区域在半导体衬底中并且包括(i)在沟槽下方的底部光电二极管部分和(ii)与沟槽相邻的顶部光电二极管部分。顶部光电二极管部分在相对于平面区域小于低κ深度的光电二极管深度处开始，并且朝向底部光电二极管部分延伸并且邻接底部光电二极管部分。

技术领域

本申请涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种像素、相关的图像传感器及其制造方法。

背景技术

在诸如独立数码相机、移动设备、汽车部件和医疗设备的商业产品中的相机模块包括图像传感器及其像素阵列。像素阵列包括多个像素。像素阵列的像素密度是图像传感器上每单位面积的像素的数量。在操作中，相机模块的透镜在图像传感器上形成其视场中的对象的图像。对象可以被观察为入射到照相机上的多个无限小的照明点源-“脉冲”。透镜将多个脉冲中的每个在像素阵列的平面处成像为多个点扩展函数-“脉冲响应”中的相应一个。由图像传感器捕获的图像的分辨率部分地取决于与脉冲响应的大小相比的像素大小。因此，一种增加相机的最大可达到的分辨率的方法是通过减小像素大小来增加像素密度。减小像素大小的动机已经导致具有垂直转移栅的像素的发展。

多个像素中的每个像素包括光电二极管区域、浮动扩散区域和转移栅。转移栅控制从光电二极管区域到浮动扩散区域的电流流动，并且可包括场效应晶体管。光电二极管区域的电势超过浮动扩散区域的电势。到达光电二极管区域的光生成光电子。导通转移栅形成导电沟道，该导电沟道允许积累的光电子从光电二极管区域转移或流动到浮动扩散区域。当转移栅被脉冲到关断状态时，势垒高于光电二极管区域的势垒，因此防止光电子流向浮动扩散区域。

在一个常见的像素架构中，光电二极管和浮动扩散区域在像素内在平行于像素阵列的平面的横向方向上横向移位，其中转移栅在其间。此平面相对于与其垂直的垂直方向水平定向，垂直方向限定了到达像素阵列的正入射的方向。这种水平定向限制了像素密度可以被减小多少。因此，一种增加像素密度的方法是将光电二极管、转移栅和浮动扩散定向在具有垂直分量的方向上。这种转移栅是垂直转移栅的示例。

发明内容

尽管垂直转移栅能够实现增加的像素密度，但具有垂直转移栅的像素易受电子传输滞后和暗电流的影响，这两者均产生图像伪影。电子传输滞后可在静止图像中创建黑点，在视频中创建重影图像。暗电流在图像中产生明亮的伪像。本文公开的实施例改善了这些问题。

一种像素，包括半导体衬底、低κ电介质和半导体衬底中的光电二极管区域。半导体衬底具有形成沟槽的衬底顶表面。沟槽延伸到半导体衬底中并且具有相对于围绕沟槽的衬底顶表面的平面区域的沟槽深度。低κ电介质在沟槽深度和低κ深度之间的沟槽中。低κ深度相对于平面区域小于沟槽深度。光电二极管区域在半导体衬底中并且包括(i)在沟槽下方的底部光电二极管部分和(ii)与沟槽相邻的顶部光电二极管部分。顶部光电二极管部分从相对于平面区域小于低κ深度的光电二极管深度处开始，并且朝向底部光电二极管部分延伸并邻接底部光电二极管部分。

一种像素制造方法，包括使用蚀刻终止层为沟槽的表面做衬里。沟槽延伸到半导体衬底的顶表面中并且具有相对于围绕沟槽的顶表面的平面区域的沟槽深度。半导体衬底包括位于与沟槽相邻的光电二极管区域。光电二极管区域形成在光电二极管深度处并远离平面区域延伸。相对于平面区域，光电二极管深度小于沟槽深度。方法还包括(a)使用低κ电介质将沟槽部分地填充到相对于平面区域小于沟槽深度的低κ深度；(b)去除低κ深度与平面区域之间的蚀刻终止层；以及(c)在平面区域与低κ深度之间的深度处在沟槽的表面上沉积介电层。

附图说明

图1描绘对场景进行成像的相机。

图2A是半导体衬底的剖面示意图，半导体衬底是图1的相机的半导体衬底的实施例。