[发明专利]像素和相关联的转移栅极制造方法

说明书

一种用于形成转移栅极的方法，包括：(i)在半导体衬底的表面上形成电介质柱；以及(ii)在半导体衬底上围绕电介质柱生长外延层。电介质柱具有超过外延层相对于表面的外延层高度的柱高度。方法还包括去除电介质柱以在外延层中产生沟槽。像素包括具有与背表面相对的正表面的掺杂半导体衬底。正表面形成沿着垂直于正表面和背表面的方向z相对于正表面在掺杂半导体衬底内延伸深度z_T的沟槽。像素具有掺杂浓度分布，掺杂浓度分布相对于方向z的导数在深度z_T处不连续。

技术领域

本申请涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种像素和相关联的转移栅极制造方法。

背景技术

商业产品(诸如独立数字相机、移动设备、汽车部件和医疗设备)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数。在操作中，相机模块的透镜在其视场中在图像传感器上形成物体的图像。可以将物体视为入射在相机上的多个无限小的点光源(“脉冲”)。透镜将多个脉冲中的每个脉冲成像在像素阵列的平面上，作为多个点扩展函数(“脉冲响应”)中的相应一个。与脉冲响应的大小相比，由图像传感器捕获的图像的分辨率部分取决于像素大小。因此，增加相机的最大可达到分辨率的一种方法是通过减小像素大小增加像素密度。减小像素大小的动机导致了具有垂直转移栅极的像素的发展。

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极。转移栅极控制从光电二极管区域到浮动扩散区域的电流，并且可以是场效应晶体管的一部分。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产生光电子。接通转移栅极形成导电通道，导电通道允许累积的光电子从光电二极管区域转移或流动到浮动扩散区域。当转移栅极被脉冲化为截止状态时，势垒高于光电二极管区域的势垒，因此防止了光电子流向浮动扩散区域。

在一种常见的像素架构中，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，其中转移栅极位于光电二极管和浮动扩散区域之间。该平面相对于垂直于其的垂直方向被水平地定向，垂直方向定义垂直入射光(照明)到达像素阵列的方向。这种水平定向限制可以增加多少像素密度。因此，增加像素密度的一种方法是将光电二极管、转移栅极和浮动扩散定向为具有垂直分量的方向。这种转移栅极是垂直转移栅极的示例。

发明内容

尽管垂直转移栅极能够增加像素密度，但是制造具有垂直转移栅极的像素涉及复杂的处理。垂直转移栅极的栅电极材料位于必须从像素的半导体衬底的顶部表面延伸到大约0.4微米的深度的沟槽中。该距离使得经由从顶部表面的离子植入形成足够深的光电二极管区域变得富有挑战。当经由反应性离子蚀刻(RIE)或反应性离子溅射(RIS)形成沟槽时，其侧壁和底部表面的表面特征导致电子传输滞后和暗电流，从而导致图像伪影，诸如黑点和白色像素。本文公开的实施例改善了这些问题。

在第一方面，一种用于形成转移栅极的方法包括(i)在半导体衬底的表面上形成电介质柱以及(ii)在半导体衬底上围绕电介质柱生长外延层。电介质柱具有超过外延层相对于表面的外延层高度的柱高度。方法还包括去除电介质柱以在外延层中产生沟槽。

根据该方法而不是经由RIE或RIS形成沟槽，所产生的沟槽没有前述导致图像伪影的表面特征。方法的附加优点是外延层的厚度确定沟槽的深度。由于外延生长可以产生满足严格的厚度公差的层，因此沟槽的深度也可以满足所述公差。

在第二方面，像素包括掺杂半导体衬底。掺杂半导体衬底具有与背表面相对的正表面。正表面形成沿着垂直于正表面和背表面的方向z相对于正表面在掺杂半导体衬底内延伸深度z_T的沟槽。像素具有掺杂浓度分布，掺杂浓度分布相对于方向z的导数在深度z_T处不连续。

附图说明

图1描绘对场景进行成像的相机。

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