[发明专利]用于抑制CMOS图像传感器中的浮动扩散结泄漏的隔离结构

说明书

本公开涉及一种用于抑制CMOS图像传感器中的浮动扩散结泄漏的隔离结构。所揭示的标的物的实例提出围绕像素单元的像素晶体管区的周边安置沟槽隔离结构。所述沟槽隔离结构包含前侧(例如，浅和深)沟槽隔离结构和背侧深沟槽隔离结构，其抵邻或接触前侧深沟槽隔离结构的底部，以用于隔离所述像素单元的像素晶体管区的像素晶体管沟道。所述沟道隔离结构在所述像素晶体管区中的形成和布置形成浮动掺杂阱区，含有例如所述像素晶体管的浮动扩散部FD和源极/漏极(例如，(N)掺杂区)。此浮动P阱区目的在于减少与所述像素单元的所述浮动扩散区相关联的结泄漏。

技术领域

本公开一般涉及图像传感器，并且特别来说但非唯一地涉及目的在于抑制浮动扩散结泄漏的图像传感器，例如高动态范围(HDR)图像传感器。

背景技术

CMOS图像传感器(CIS)已变得无处不在。其广泛应用于数码相机、蜂窝式手机、监控摄像机以及医学、汽车及其它应用。典型的图像传感器响应于从外部场景反射的图像光入射到图像传感器上而操作。图像传感器包含具有光敏元件(例如，光电二极管)的像素阵列，所述光敏元件吸收入射图像光的一部分并在吸收图像光时产生图像电荷。像素中的每一者的图像电荷可测量为每一光敏元件的输出电压，所述输出电压依据入射图像光而变化。换句话说，所产生的图像电荷的量与图像光的强度成比例，所述图像光用于产生表示外部场景的数字图像(即，图像数据)。

典型的图像传感器如下般操作。来自外部场景的图像光入射到图像传感器上。图像传感器包含多个光敏元件，使得每一光敏元件吸收入射图像光的一部分。包含在图像传感器中的光敏元件(例如光电二极管)各在吸收图像光时产生图像电荷。所产生的图像电荷的量与图像光的强度成正比。所产生的图像电荷可用于产生表示外部场景的图像。

用于图像传感器的集成电路(IC)技术正在不断改进，特别是伴随着对更高分辨率和更低功耗的持续需求。此类改进经常涉及按比例缩小装置几何尺寸以实现更低的制造成本、更高的装置集成密度、更高的速度和更好的性能。

但是随着图像传感器小型化的进展，图像传感器架构内的缺陷变得更明显，并且可降低图像的图像质量。例如，图像传感器的某些区内的过量电流泄漏可导致高暗电流、传感器噪声、白像素缺陷及其类似者。这些缺陷可显著地劣化来自图像传感器的图像质量，此可导致降低的良率和更高的生产成本。

高动态范围(HDR)图像传感器可带来其它挑战。例如，一些HDR图像传感器布局不具空间效率，并且难以小型化到更小的间距以实现更高的分辨率。此外，由于许多这些HDR图像传感器的不对称布局，减小像素的尺寸和间距以实现高分辨率图像传感器导致串扰或其它不希望的副作用，例如随着间距减小可出现在这些图像传感器中的对角线光晕。

发明内容

在一个方面中，本公开提供一种用于CMOS图像传感器的LOFIC像素单元，其包括：半导体衬底，其具有前侧和背侧；像素区，其包含所述半导体衬底中的光敏区，其中所述光敏区累积响应于入射光在光敏区中光生的图像电荷；像素晶体管区，其包含所述半导体衬底中的晶体管沟道区；及沟槽隔离结构，其经配置以包围所述晶体管沟道区以用于将所述像素晶体管区与所述像素区隔离，所述沟槽隔离结构包括前侧沟槽隔离结构和背侧深沟槽隔离结构。

在另一方面中，本公开进一步提供一种用于CMOS图像传感器的像素阵列，其包括：半导体衬底，其具有前侧和背侧；多个像素单元，其形成在所述半导体衬底中，每一像素单元包含具有至少一个光敏元件的像素区和与所述像素区相邻安置的像素晶体管区，所述像素晶体管区包括至少一个浮动扩散区、至少一个晶体管栅极和具有第一类型的漏极/源极区；掺杂阱区，其在所述半导体衬底中安置在所述至少一个晶体管栅极下方并围绕所述漏极/源极区和所述浮动扩散区，所述掺杂阱区具有不同于所述第一类型的第二类型；其中所述掺杂阱区经调适以通过用安置在所述半导体衬底中的沟槽隔离结构隔离所述掺杂阱区而浮动。