專利名稱：用于改進(jìn)垂直彩色cmos圖像傳感器的敏感度的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)圖像傳感器，且明確地說(shuō)涉及一種CMOS圖像傳感器，其具有放置 在襯底中各個(gè)深度處的多個(gè)電荷檢測(cè)節(jié)點(diǎn)以選擇性地檢測(cè)不同波長(zhǎng)的光。使用這些像素 的傳感器不需要波長(zhǎng)選擇性濾光片來(lái)檢測(cè)色彩，且因此不犧牲量子效率(QE)和分辨率。
背景抹水
典型的圖像傳感器通過(guò)將入射光子轉(zhuǎn)換為積分(收集)在圖像感測(cè)區(qū)域的像素中的 電子來(lái)檢測(cè)光。完成積分之后，使用合適的電荷到電壓轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)將收集到的電荷轉(zhuǎn)換為 電壓。接著將感測(cè)到的電壓通過(guò)各種尋址電路和緩沖放大器供應(yīng)到傳感器的輸出端子。 將各種波長(zhǎng)選擇性濾光片放置在像素的頂部上只允許選定部分的光譜進(jìn)入像素并產(chǎn)生 電荷。色彩感測(cè)的常規(guī)概念的描述可參閱(例如)Kohno的美國(guó)專利4,845,548。然而， 此概念減小了檢測(cè)到的光等級(jí)以及陣列分辨率，因?yàn)閱蝹€(gè)像素只可感測(cè)一種色彩同時(shí)拒 絕其它色彩。近來(lái)已開(kāi)發(fā)出一種新的裝置，稱為VERTICOLOR圖像傳感器，如(例如) Merrill的美國(guó)專利2002/0058353A1中所描述。這些裝置使用具有多個(gè)垂直堆疊的電荷 檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的像素結(jié)構(gòu)，垂直堆疊電荷檢測(cè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)測(cè)量像素內(nèi)不同深度處產(chǎn)生的電荷來(lái) 檢測(cè)色彩。由于不同波長(zhǎng)的光穿透到襯底中的不同深度，所以直接在一個(gè)像素內(nèi)感測(cè)色 彩而不需要表面波長(zhǎng)選擇性濾光片。這是VERTICOLOR概念和技術(shù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。將多 個(gè)電荷檢測(cè)節(jié)點(diǎn)垂直地放置在像素內(nèi)的一個(gè)問(wèn)題是與每一電荷檢測(cè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的較大 電容，其減小節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換增益且因此減小傳感器敏感度。
圖1說(shuō)明來(lái)自現(xiàn)有技術(shù)CMOS圖像傳感器的像素100的簡(jiǎn)化橫截面。p+型摻雜硅襯 底101上存在p型摻雜區(qū)102,其可為外延增長(zhǎng)且一直延伸到表面。p型摻雜區(qū)102含 有垂直堆疊的n型摻雜層103、 104和105。這些層可(例如)通過(guò)在連續(xù)的外延增長(zhǎng)步 驟之間進(jìn)行離子植入或通過(guò)其它方法形成。各種技術(shù)對(duì)于現(xiàn)代硅裝置制造處理技術(shù)領(lǐng)域 的技術(shù)人員己眾所周知，且本文的描述并不意味著限定性的。
類似地，n+型摻雜的垂直延伸部分(塞)106、 107和108可通過(guò)在外延增長(zhǎng)步驟之 間進(jìn)行離子植入而形成，且充當(dāng)導(dǎo)電連接，其使得摻雜層103、 104和105屮的光生電 子能夠經(jīng)受偏壓并能夠從硅襯底表面收集光生電子。
金屬區(qū)111、 112和113接觸塞106、 107和108，金屬區(qū)111、 112和113可穿過(guò)二氧化硅介電層iio中的孔而形成或形成為許多類型的介電層上方的多級(jí)互連，這也是所
屬領(lǐng)域中眾所周知的。金屬區(qū)111、 112和113可由單一金屬(例如，鋁)形成，或包含 由氮化鈦、鈦、鎢、鋁、銅等各種層形成的復(fù)雜金屬化系統(tǒng)。接著通過(guò)金屬配線114 (為 了簡(jiǎn)化，附圖中僅以示意方式顯示)使金屬區(qū)111、 112和U3與各種電路組件互連。
為了防止寄生表面溝道導(dǎo)電且與塞106、 107和108—起短路，將p+型摻雜的隔離 區(qū)(溝道截止物)109插入在塞106、 107和108中的每一者之間。通常，溝道截止物 109在與附圖平面垂直的方向上完全包圍相應(yīng)塞106、 107和108中的每一者(圖1中不 可見(jiàn))。
圖1中示意性顯示可用來(lái)檢測(cè)特定n+型擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)中的電荷的典型電路。所述電路由 復(fù)位晶體管117組成，當(dāng)將合適的復(fù)位電平施加到柵極118時(shí)，復(fù)位晶體管117將電荷 檢測(cè)節(jié)點(diǎn)115連接到參考電壓端子119。積聚在節(jié)點(diǎn)115上的光生電荷引起電壓電荷， 其由晶體管116緩沖，晶體管116的漏極連接到Vdd偏壓端子120。接著節(jié)點(diǎn)121上出 現(xiàn)輸出信號(hào)，當(dāng)將其供應(yīng)到傳感器電路的其余部分時(shí)可經(jīng)進(jìn)一步處理為電壓或電流。電 路接地122與p+型摻雜的襯底101等同。為了簡(jiǎn)化，只顯示一個(gè)示意電路，但通常感測(cè) 三種色彩的單個(gè)像素存在三個(gè)電路。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，更復(fù)雜的電路可連接 到像素100。
當(dāng)--復(fù)位電壓施加到節(jié)點(diǎn)115和相應(yīng)的兩個(gè)剩余節(jié)點(diǎn)(連接到塞106和107的電路， 未圖示)時(shí)，這些節(jié)點(diǎn)的電位升髙到參考偏壓電平Vrf。當(dāng)層103 (以及層104和105) 的摻雜水平足夠高時(shí)，節(jié)點(diǎn)115處的電位、塞108 (以及塞107和106)的電位，和層 103 (以及層104和105)的電位近乎相同。層103和塞108 (其為掩埋的反向偏壓二極 管)充當(dāng)結(jié)電容器的單個(gè)電極。此結(jié)構(gòu)的電容相對(duì)于像素IOO的所需電容來(lái)說(shuō)較高，因 為在所有側(cè)包圍層103的結(jié)區(qū)域較大。與連接到節(jié)點(diǎn)115的電路的輸入柵極電容進(jìn)行組 合，節(jié)點(diǎn)的電荷轉(zhuǎn)換因子較小。因此，像素具有較低的敏感度，這在傳感器中是不合乎 人意的。所需要的是具有減小的電容的垂直構(gòu)成的像素。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供-種垂直的多檢測(cè)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其根據(jù)電荷產(chǎn)生的深度來(lái)感測(cè)電荷且具有 較低的電荷檢測(cè)節(jié)點(diǎn)電容。
并入通過(guò)合適的載荷溝道而連接到小電荷檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的勢(shì)阱的完全耗盡的垂直堆疊 來(lái)完成此任務(wù)和本發(fā)明的其它目的。 附困說(shuō)明圖l是說(shuō)明簡(jiǎn)化的像素的現(xiàn)有技術(shù)圖，簡(jiǎn)化的像素在p型襯底內(nèi)具有放置在彼此上
方的三個(gè)n型二極管電荷檢測(cè)節(jié)點(diǎn)。
圖2是說(shuō)明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖，其在p型襯底內(nèi)具有放置在彼此上方的具有各 種摻雜濃度的三個(gè)完全耗盡的n-型層以形成單個(gè)像素。
圖3是說(shuō)明圖2的像素內(nèi)沿著線A'-A截取的電荷電位剖面的圖表。圖表顯示具有 不同摻雜濃度的區(qū)的電位。此圖式中還顯示光生電子的收集和流動(dòng)。
圖4是說(shuō)明本發(fā)明另一實(shí)施例的圖，其在p型襯底內(nèi)具有放置在彼此上方的三個(gè)完 全耗盡的n-型摻雜層以形成單個(gè)像素。
圖5是說(shuō)明用于單個(gè)光電二極管的基礎(chǔ)像素收集器結(jié)構(gòu)的圖，所述基礎(chǔ)像素收集器 結(jié)構(gòu)在不具有非標(biāo)準(zhǔn)的植入水平和方向的情況下完成摻雜分級(jí)。
圖6是說(shuō)明摻雜劑濃度水平相對(duì)于圖5的光電二極管的掩埋部分內(nèi)的摻雜劑位置的 圖表。
圖7是說(shuō)明相對(duì)于收集器的塞放置的本發(fā)明另一實(shí)施例。 圖8是針對(duì)圖7的塞和收集器的收集器和塞電位的圖表。
圖9是說(shuō)明-種在CMOS圖像傳感器中在具有p型摻雜區(qū)的感光像素內(nèi)收集電荷的 方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖2是說(shuō)明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖，其在p型襯底內(nèi)具有放置在彼此.卜.方的具有各 種摻雜濃度的三個(gè)完全耗盡的n-型層以形成單個(gè)像素。像素200具有p+型襯底201。 p 型摻雜區(qū)202 (例如)外延地沉積在襯底201上。K 202含有對(duì)應(yīng)于圖1中的區(qū)103、 104和105的垂直堆疊的n型摻雜區(qū)203、 204和205。然而，這些區(qū)現(xiàn)僅略微摻雜，使 得其在像素的正常操作期間耗盡。
延伸部分223和224分別是具有稍微較高摻雜的區(qū)203和204的水平延伸部分。添 加這些延伸部分的主要原因是確保從可耗盡區(qū)203和204到塞208和207的連接。延伸 部分223和224的摻雜水平是使得其在像素的正常操作期間不會(huì)耗盡。
與圖1巾的區(qū)105相比，p+型摻雜表面區(qū)225形成由與區(qū)203和204極其相似的p 型材料包圍的區(qū)205。這導(dǎo)致區(qū)205具有與區(qū)203和204類似的操作特性。由區(qū)225獲 得的另一優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)在硅-二氧化硅界面處進(jìn)行p+型摻雜來(lái)抑制表面產(chǎn)生的暗電流。 所述結(jié)構(gòu)的此部分類似于Teranisihi的美國(guó)專利第4,484,210號(hào)和Hynecek的美國(guó)專利第 4,229,752號(hào)，兩者均以引用的方式并入本文中。當(dāng)驅(qū)動(dòng)到足夠高的電壓時(shí)，區(qū)203、 204和205不形成檢測(cè)節(jié)點(diǎn)電容器的導(dǎo)電電極, 而是形成耗盡的勢(shì)阱。當(dāng)在區(qū)202中各種深度處產(chǎn)生電荷時(shí)，電荷首先垂直地?cái)U(kuò)散到區(qū) 203、 204和205中的一者，且接著在這些區(qū)內(nèi)橫向擴(kuò)散到相應(yīng)的塞208、 207和206。
當(dāng)節(jié)點(diǎn)215復(fù)位到足夠高的電壓時(shí)，只有節(jié)點(diǎn)215和相應(yīng)塞208的電位會(huì)變化。區(qū) 203和延伸部分224的電位保持相對(duì)恒定，.目.在像素的復(fù)位期間不顯著變化。因此，節(jié) 點(diǎn)215的電容由塞208的電容和節(jié)點(diǎn)215處電路的輸入電容組成?？赏ㄟ^(guò)適當(dāng)?shù)匾?guī)定晶 體管和結(jié)構(gòu)的尺寸最小化這些電容，且另外這些電容不取決于區(qū)203、 204和205以及 延伸部分223和224的尺寸，且因此不取決于像素的尺寸。減小的電容有助于獲得較髙 的像素敏感度和較低的噪音。另外，光電荷收集R 203、 204和205的耗盡使得能夠進(jìn) 行如現(xiàn)有技術(shù)中顯示的部分電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)作。
像素200的其余部分以類似于像素IOO的方式操作。氧化物介電層210、溝道截.ll: 物209、金屬觸點(diǎn)211、 212和213，連同配線214—起在像素200中實(shí)現(xiàn)與像素100中 相同的目的。并且，像素200分別在復(fù)位和緩沖晶體管217和216、復(fù)位柵極端子218、 參考電壓端子219、 Vdd偏壓電子220和輸出端子221方面相同。電路接地是端子222。 金屬互連和也屬于像素200的各種電路元件為了簡(jiǎn)化而僅示意性顯示，且--些元件被完 全省略。例如，為了簡(jiǎn)化，只說(shuō)明連接到塞208的示意元件。
圖3是說(shuō)明圖2的像素內(nèi)沿著線A'-A截取的電荷電位剖面的圖表。圖3中，x軸表 示沿著圖2的線A'-A的位置，且y軸表示電子電位(向下方向是表示較低電子能量的 正電位)。區(qū)309表示為了方便可設(shè)定成等于零的襯底的電位水平301。區(qū)306表示圖2 中區(qū)204的電位處于電位302。區(qū)犯7表示延伸部分224和塞加"7的電位處于電位犯3。 在像素中產(chǎn)生電荷310,其首先在電位水平302處的阱中被收集，且漂移穿過(guò)水平303 和304到達(dá)水平305,進(jìn)入檢測(cè)節(jié)點(diǎn)區(qū)308。檢測(cè)節(jié)點(diǎn)區(qū)308先前被復(fù)位到水平305。
隨著更多的電荷積聚在節(jié)點(diǎn)308處，其電位降低到水平304;這些水平由晶體管216 感測(cè)。在一個(gè)實(shí)施例中，以所有電荷或大體上所有電荷將在節(jié)點(diǎn)308處收集的方式來(lái)?yè)?雜區(qū)204。此通過(guò)耗盡使電壓電平302 "栓"在特定電壓并使其電容變?yōu)榱愣瓿伞ｋ?荷接著將朝著區(qū)224的較高電位并接著朝著塞207漂移。因此，使用本發(fā)明的像素具有 較高的敏感度。
在另一實(shí)施例中，電荷電位剖面經(jīng)設(shè)計(jì)使得當(dāng)更多電荷積聚在某一水平(例如，圖 表300中的水平303)時(shí)，將電荷存儲(chǔ)在區(qū)307中且最終也存儲(chǔ)在區(qū)306中。在此情況 下，區(qū)224和204以完全耗盡的狀態(tài)開(kāi)始。隨著其收集電荷，其脫離耗盡并形成電容。 區(qū)224和204中增大的電容減少電子到電壓的轉(zhuǎn)換(因?yàn)殡娙莸脑龃?。這改變了像素對(duì)電荷收集的敏感度，并從而擴(kuò)展像素的動(dòng)態(tài)范圍。
圖4是說(shuō)明本發(fā)明另一實(shí)施例的圖，其在p型襯底內(nèi)具有放置在彼此上方的三個(gè)完 全耗盡的n-型摻雜層以形成單個(gè)像素。在像素400中，來(lái)自圖2中的像素200的垂直塞 207和208己被消除并由垂直溝槽晶體管代替。這進(jìn)一步減小了檢測(cè)節(jié)點(diǎn)電容，因?yàn)樵?垂直晶體管關(guān)閉之后，只有n+型結(jié)區(qū)406、 407和408保持連接到電路，這在正確的過(guò) 程中將具有比塞207和208低的電容。
p+型襯底401具有外延地沉積在其上的p型摻雜區(qū)402。摻雜區(qū)402含有在正常操 作條件下電荷完全耗盡的垂直堆疊的n型摻雜區(qū)403、 404和405。區(qū)403和404橫向延 伸到溝槽孔433和432。此結(jié)構(gòu)中也可能包括與圖2中的223和224類似的橫向延伸部 分，但為了簡(jiǎn)化已從圖式中省略了所述橫向延伸部分。溝槽孔432和433具有增長(zhǎng)在其 壁和底部上的柵極氧化物。氧化物層可具有與氧化物層410類似的厚度，或具有不同的 厚度。
也可能通過(guò)傾斜離子植入處理將摻雜雜質(zhì)430和431分別放置在溝槽孔432和433 的選定的壁上。這將進(jìn)一步減小將來(lái)自勢(shì)阱403和404的電荷轉(zhuǎn)移到表面n+型摻雜結(jié) 407和408的溝道的尺寸。多晶硅層形成垂直的溝槽晶體管的柵極424和425。柵極連 接到端子427和428。當(dāng)將合適的電壓施加到這些柵極時(shí)，已積聚在區(qū)403和404中形 成的勢(shì)阱中的光生電荷轉(zhuǎn)移到結(jié)407和408以進(jìn)行感測(cè)。因?yàn)殡y以精確地使溝槽的深度 與摻雜區(qū)403和404的邊緣對(duì)準(zhǔn)，所以通常將使用小重疊。溝槽晶體管包含溝槽孔433 和柵極425,以及溝槽孔432和柵極424。
結(jié)構(gòu)的其余部分類似于先前實(shí)例。P+型摻雜溝道截止區(qū)409使n+型電荷檢測(cè)節(jié)點(diǎn) 結(jié)406、 407和408彼此分離。檢測(cè)節(jié)點(diǎn)結(jié)406、 407和408通過(guò)氧化物介電層410中打 開(kāi)的接觸孔連接到金屬化區(qū)411、 412和413。電線414用來(lái)使檢測(cè)節(jié)點(diǎn)結(jié)406、 407和 408與像素400的其余電路組件(例如，對(duì)于檢測(cè)節(jié)點(diǎn)結(jié)407,是復(fù)位晶體管417和緩 沖晶體管416)互連。
將電壓施加到柵極端子418激活使節(jié)點(diǎn)415電連接到參考端子419的復(fù)位晶體管 417。適當(dāng)?shù)钠珘?例如，Vdd)施加到端子420，且節(jié)點(diǎn)421上出現(xiàn)輸出信號(hào)。電路接 地422連接到P+型摻雜的襯底401。為了結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，由區(qū)429和405形成的拴住的 光電二極管通過(guò)晶體管連接到檢測(cè)節(jié)點(diǎn)406。然而，此晶體管在具有柵極423和柵極端 子426的標(biāo)準(zhǔn)橫向掩埋溝道配置中。
金屬互連和也屬于像素的各種電路元件出于簡(jiǎn)化起見(jiàn)僅示意性顯示，.目.某些被完全 省略。圖5是說(shuō)明光電二極管的另一實(shí)施例的平面圖。區(qū)502是類似亍圖2的區(qū)203、 204 和205的掩埋的垂直堆疊的n型摻雜區(qū)。通常，除了邊緣附近的區(qū)域外，給定深度處的 摻雜濃度是一致的。因此，不存在將收集到的電荷驅(qū)動(dòng)到觸點(diǎn)(例如，塞208)的場(chǎng)。
為了實(shí)現(xiàn)將收集到的電荷傳遞到觸點(diǎn)的橫向場(chǎng)，區(qū)502具有寬度為W的垂直切割 的切口 503。如果垂直厚度(在垂直于圖5的平面的平面中)大于寬度W，那么摻雜劑 將擴(kuò)散到空隙中并產(chǎn)生摻雜濃度的橫向梯度，其中摻雜水平沿著區(qū)502的長(zhǎng)度增加(從 左到右)。圖6中說(shuō)明摻雜劑濃度水平。
盡管圖5說(shuō)明三角形裂口，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，裂口可制造成變窄的逐 階樣式(未圖示)，或任何其它適當(dāng)?shù)臉邮健?br>
圖6是說(shuō)明摻雜劑濃度水平相對(duì)于圖5的光電二極管的掩埋部分內(nèi)的區(qū)位置的圖 表。圖表600的P區(qū)表示襯底202。圖表600顯示相對(duì)于圖5中區(qū)502的從左到右的位 置，X軸上的摻雜劑濃度和Y軸上的位置。線610表示沿著圖5的線1'-1的摻雜濃度。 摻雜濃度從左到右略微增大。線620表示沿著圖5的線2'-2的摻雜濃度，其中摻雜濃度 從左到右比線2'-2增大更多。在位置630處，摻雜濃度與圖5中線5'-5處相同，此處裂 口 503終止。根據(jù)圖5中的實(shí)例，沿著線2'-2的摻雜劑濃度將產(chǎn)生橫向場(chǎng)以向右驅(qū)動(dòng)電 荷。所包括的裂口 503的數(shù)目?jī)H受到可用于產(chǎn)生它們的技術(shù)的限制。
圖7是說(shuō)明相對(duì)于收集器的塞放置的本發(fā)明另一實(shí)施例。紅色收集器700與綠色收 集器710重疊。為了簡(jiǎn)化，圖7中未圖示藍(lán)色收集器。在--個(gè)實(shí)施例中，用于紅色收集 器700的塞720位于紅色收集器的中心，而不是如圖2所說(shuō)明的位于側(cè)部。將塞720定 位在紅色收集器700的中心處jft許最木電位下的收集，.從而排除分離的層從收集舉延伸 到塞(例如，圖2的延伸部分224)。
圖8針對(duì)圖7的塞和收集器的收集器和塞電位的近似值的圖表。圖表800的Y軸表 示漸增的Y方向上的負(fù)電位。圖表800的X軸表示沿著圖7的紅色收集器700的位置， 其中位置810表示塞720,且X軸上的低點(diǎn)和髙點(diǎn)表示紅色收集器700的邊緣。紅色收 集器700搜集的電荷停留在最髙jH電位點(diǎn)，其在塞720中處于Y軸上的最低點(diǎn)。紅色收 集器700的邊緣處搜集到的電荷朝著由圖表800中的位置810表示的塞720中的最低點(diǎn) 擴(kuò)散。電位水平820是積分之后電荷電位的實(shí)例。
圖9是說(shuō)明一種在CM0S圖像傳感器中在具有p型摻雜區(qū)的感光像素內(nèi)收集電荷的 方法的流程圖。在區(qū)塊卯O中，使像素曝露于光。在區(qū)塊910中，在掩埋在p型區(qū)內(nèi)的 第一完全耗盡區(qū)內(nèi)收集第一電荷。在區(qū)塊920中，在掩埋在p型區(qū)內(nèi)的第二完全耗盡區(qū) 內(nèi)收集第二電荷，其中第二完全耗盡區(qū)與第一完全耗盡區(qū)垂直分離。在區(qū)塊930中，在從圖像傳感器表面附近延伸到第一完全耗盡區(qū)的第一塞內(nèi)積聚第一電荷。在區(qū)塊940中， 在從圖像傳感器表面附近延伸到第二完全耗盡區(qū)的第二塞內(nèi)積聚第二電荷。在區(qū)塊950 中，讀出第一電荷作為來(lái)自耦合到第一塞的第一電路的第一輸出信號(hào)。在區(qū)塊960中， 讀出第二電荷作為來(lái)自耦合到第二塞的第二電路的第二輸出信號(hào)。
描述完本發(fā)明之后，應(yīng)注意，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)以上教示作出修改和變化。 因此應(yīng)了解，可在所揭示的本發(fā)明的特定實(shí)施例中作出改變，其中所述改變?cè)谒綑?quán)利 要求書界定的本發(fā)明范圍和精神內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種在一CMOS圖像傳感器中的具有一p型摻雜區(qū)的感光像素，其包含一第一摻雜電荷收集區(qū)，其掩埋在所述p型摻雜區(qū)內(nèi)并經(jīng)配置以作為一耗盡勢(shì)阱而操作；一第一n+型摻雜塞，其從所述圖像傳感器的表面附近延伸到所述第一電荷收集區(qū)；一第二摻雜電荷收集區(qū)，其掩埋在所述p型摻雜區(qū)內(nèi)，所述第二電荷收集區(qū)通過(guò)所述p型摻雜區(qū)而與所述第一電荷收集區(qū)垂直分離，并經(jīng)配置以作為一耗盡勢(shì)阱而操作；和一第二n+型摻雜塞，其從所述圖像傳感器的所述表面附近延伸到所述第二電荷收集區(qū)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素，所述第一和第二電荷收集區(qū)進(jìn)一步包含—第一延伸部分，其具有耦合至所述第一電荷收集區(qū)和所述第一塞并介于兩者之 間的n+型摻雜，且具有一與所述第一電荷收集區(qū)不同的摻雜濃度和一第二延伸部分，其具有耦合至所述第二電荷收集區(qū)和所述第二塞并介于兩者之 間的n+型摻雜，且具有一與所述第二電荷收集區(qū)不同的摻雜濃度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的像素，其中所述第一和第二延伸部分經(jīng)配置以在移動(dòng)電荷未 完全耗盡的情況下操作。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的像素，其中所述第一 n+型摻雜塞接觸所述第一電荷收集區(qū) 的中心。
5. —種在一CMOS圖像傳感器中的具有一p型摻雜區(qū)的感光像素，包含一第一摻雜電荷收集區(qū)，其掩埋在所述p型摻雜區(qū)內(nèi)并經(jīng)配置以作為一耗盡勢(shì)阱 而操作一第一垂直溝槽晶體管，其從所述圖像傳感器的表面附近延伸到所述第一電荷收 集區(qū)；一第一 n+型摻雜區(qū).其位于所述圖像傳感器的所述表面處并耦合到所述第一垂 直溝槽晶體管一第二摻雜電荷收集區(qū)，其掩埋在所述p型摻雜區(qū)內(nèi)，所述第二電荷收集區(qū)通過(guò) 所述p型摻雜區(qū)而與所述第-'電荷收集區(qū)垂直分離，并經(jīng)配置以作為-耗盡勢(shì)阱而 操作一第二垂直溝槽晶體管，其從所述圖像傳感器的所述表面附近延伸到所述第二電 荷收集區(qū)和一第二 n+型摻雜區(qū)，其位于所述圖像傳感器的所述表面處并耦合到所述第二垂 直溝槽晶體管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的像素，所述第一和第二電荷收集區(qū)進(jìn)一步包含一第一延伸部分，其具有耦合到所述第一電荷收集區(qū)和所述第一垂直溝槽晶體管 并介于兩者之間的n+型摻雜，且具有一與所述第一電荷收集區(qū)不同的摻雜濃度； 和一第二延伸部分，其具有耦合到所述第二電荷收集K和所述第二垂直溝構(gòu)晶體管 并介于兩者之間的n+型摻雜，且具有一與所述第二電荷收集區(qū)不同的摻雜濃度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的像素，其中所述第一和第二延伸部分經(jīng)配置以在移動(dòng)電荷未 完全耗盡的情況下操作。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的像素，其中所述第一垂直溝槽晶體管接觸所述第--電荷收集 區(qū)的中心。
9. --種在一CMOS圖像傳感器中的具有一p型摻雜區(qū)的感光像素，包含—第--n+型摻雜塞，其從所述圖像傳感器的表面附近延伸到所述p型摻雜區(qū)屮 —第一電荷收集區(qū)，其經(jīng)配置以作為--耗盡勢(shì)阱而操作，并掩埋在所述p型摻雜區(qū)內(nèi)，所述第一電荷收集區(qū)具有--第一末端和--第二末端且在所述第一末端處耦合到所述第一塞，且在所述第二末端處具有一具有一寬度的第一垂直裂口，所述第一垂直裂口朝著所述第一末端變窄一第二 n+型摻雜塞，其從所述圖像傳感器的所述表面附近延伸到所述p型摻雜區(qū)中和一第二電荷收集區(qū)，其經(jīng)配置以作為一耗盡勢(shì)阱而操作，并掩埋在所述p型摻雜 區(qū)內(nèi)，所述第二電荷收集區(qū)具有一第一末端和一第二末端并在所述第一末端處耦合 到所述第一塞，所述第二電荷收集區(qū)通過(guò)所述p型摻雜區(qū)而與所述第一電荷收集區(qū) 垂直分離，且在所述第二末端處具有一具有一寬度的第二垂直裂口，所述垂直裂口 朝著所述第一末端變窄。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的像素，其中所述第一電荷收集區(qū)具有一大于所述第一垂直裂 口的所述寬度的垂直高度，且所述第二電荷收集區(qū)具有一大于所述第二垂直裂口的 所述寬度的垂直高度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的像素，所述第一和第二電荷收集區(qū)進(jìn)一步包含一第一延伸部分，其具有耦合到所述第一電荷收集區(qū)和所述第一塞并介于兩者之 間的n+型摻雜，且具有一與所述第一電荷收集區(qū)不同的摻雜濃度；和一第二延伸部分，其具有耦合到所述第二電荷收集區(qū)和所述第二塞并介于兩者之間的n+型摻雜，且具有一與所述第二電荷收集區(qū)不同的摻雜濃度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的像素，其中所述第一延伸部分耦合到所述第一電荷收集區(qū) 的所述第一末端，且所述第二延伸部分耦合到所述第二電荷收集區(qū)的所述第一末 端。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的像素，其中所述第一和第二延伸部分經(jīng)配置以在移動(dòng)電荷 未完全耗盡的情況下操作。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的像素，其中所述第一 n+型摻雜塞接觸所述第一電荷收集區(qū) 的中心。
15. —種在一CMOS圖像傳感器中的具有一p型摻雜K的感光像素，包含-.一第一垂直溝槽晶體管，其從所述圖像傳感器的表面附近延伸到所述p型摻雜區(qū) 中；第一摻雜電荷收集區(qū)，其掩埋在所述p型摻雜區(qū)內(nèi)并經(jīng)配置以作為 一耗盡勢(shì)阱 而操作，所述第一摻雜電荷收集區(qū)具有一第- 末端和--第二末端并在所述第一末端 處耦合到所述第--垂直溝槽晶體管，且在所述第二末端處具有—具有 寬度的第一 垂直裂口，所述第--垂直裂口朝著所述第一末端變窄；一第一 n+型摻雜區(qū)，其位于所述圖像傳感器的所述表面處并耦合到所述第一垂 直溝槽晶體管；一第二垂直溝槽晶體管，其從所述圖像傳感器的所述表面附近延伸到所述p型摻 雜區(qū)中；一第二摻雜電荷收集區(qū)，其掩埋在所述p型摻雜區(qū)內(nèi)，所述第二電荷收集區(qū)通過(guò) 所述p型摻雜區(qū)而與所述第一電荷收集區(qū)垂直分離并經(jīng)配置以作為一耗盡勢(shì)阱而 操作，所述第二電荷收集區(qū)具有一第一末端和一第二末端并在所述第一末端處耦合 到所述第二垂直溝槽晶體管，且在所述第二末端處具有一具有一寬度的第一垂直裂 口，所述第一垂直裂口朝著所述第一末端變窄；和一第二 n+型摻雜區(qū)，其位于所述圖像傳感器的所述表面處并耦合到所述第二垂 直溝槽晶體管。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的像素，所述第一和第二電荷收集區(qū)進(jìn)一步包含一第一延伸部分，其具有耦合到所述第一電荷收集區(qū)和所述第一垂直溝槽晶體管并介于，者之間的n+型摻雜，且具有一與所述第一電荷收集區(qū)不同的摻雜濃度； 和一第二延伸部分，其具有耦合到所述第二電荷收集區(qū)和所述第二垂直溝槽晶體管 并介于兩者之間的n+型摻雜，且具有一與所述第二電荷收集區(qū)不同的摻雜濃度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的像素，其中所述第一和第二延伸部分經(jīng)配置以在移動(dòng)電荷 未完全耗盡的情況下操作。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的像素，其中所述第一延伸部分耦合到所述第一電荷收集區(qū) 的所述第一末端，且所述第二延伸部分耦合到所述第二電荷收集區(qū)的所述第一末 端。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的像素，其中所述第一垂直溝槽晶體管接觸所述第一電荷收 集區(qū)的中心。
20. —種在一CMOS圖像傳感器中在一具有一 p型摻雜區(qū)的感光像素內(nèi)收集電荷的方 法，其包含使所述像素曝露于光在一掩埋在所述p型區(qū)內(nèi)的第一完全耗盡區(qū)內(nèi)收集一第--電荷； 在從所述圖像傳感器的表面附近延伸到所述第-完全耗盡區(qū)的一第一塞內(nèi)積聚 所述電荷；和讀出所述電荷作為來(lái)自耦合到所述第-'塞的一第--電路的—第- 輸出信號(hào)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包含在一掩埋在所述p型區(qū)內(nèi)的第二完全耗盡區(qū)內(nèi)收集一第二電荷，其中所述第二完 全耗盡區(qū)與所述第一完全耗盡區(qū)垂直分離；在從所述圖像傳感器的所述表面附近延伸到所述第二完全耗盡區(qū)的一第二塞內(nèi) 積聚所述第二電荷；和讀出所述第二電荷作為來(lái)自耦合到所述第二塞的一第二電路的一第二輸山信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明詳細(xì)描述CMOS圖像傳感器像素的結(jié)構(gòu)，所述CMOS圖像傳感器像素在不需要在其表面上放置吸收濾光片的情況下感測(cè)入射光的色彩。所述色彩感測(cè)是通過(guò)將三電荷檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的一垂直堆疊放置在硅塊中而完成的，所述三電荷檢測(cè)節(jié)點(diǎn)依據(jù)電子產(chǎn)生的深度來(lái)收集電子。通過(guò)使用完全耗盡的勢(shì)阱形成的掩埋層取代未耗盡的結(jié)電極來(lái)實(shí)現(xiàn)小電荷檢測(cè)節(jié)點(diǎn)電容和因此具有低噪音的高敏感度。呈現(xiàn)在基本上不增加節(jié)點(diǎn)電容的情況下接觸所述掩埋層的兩個(gè)實(shí)施例。
文檔編號(hào)H01L29/768GK101421847SQ200580007177
公開(kāi)日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2005年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月8日
發(fā)明者拉塞爾·A·馬丁, 理查德·B·梅里爾, 雅羅斯拉夫·希內(nèi)切克 申請(qǐng)人:菲佛公司