用以減少圖像記憶效應的帶負電荷層的制作方法
【專利摘要】本發明涉及用以減少圖像記憶效應的帶負電荷層。一種圖像傳感器像素包含安置于半導體層中的具有第一極性摻雜類型的光電二極管區。具有第二極性摻雜類型的釘扎表面層安置于所述半導體層中的所述光電二極管區上方。所述第二極性與所述第一極性相反。第一極性電荷層接近所述光電二極管區上方的所述釘扎表面層而安置。觸點蝕刻停止層接近所述第一極性電荷層而安置于所述光電二極管區上方。所述第一極性電荷層安置于所述釘扎表面層與所述觸點蝕刻停止層之間，使得第一極性電荷層抵消在所述觸點蝕刻停止層中感應的具有第二極性的電荷。鈍化層也安置于所述光電二極管區上方在所述釘扎表面層與所述觸點蝕刻停止層之間。
【專利說明】用以減少圖像記憶效應的帶負電荷層
【技術領域】
[0001]本發明一般來說涉及成像。更具體來說，本發明的實例涉及基于互補金屬氧化物半導體的圖像傳感器。
【背景技術】
[0002]落到互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器上的具有高亮度級的圖像的電特征可保持嵌入于隨后獲取的圖像的隨后讀出的電特征中。保持在圖像傳感器中的先前所感測的圖像的電特征已被稱為“重影假象”或“記憶效應”。此不期望的效應可因靜態圖像、尤其是高強度圖像或亮圖像到圖像傳感器的重復曝光而加劇。重影圖像的保留表示使隨后獲取的圖像模糊且減小信噪比且在存在正成像的移動的情況下可能導致模糊的噪聲。
[0003]已發現在已使用高級制作技術、特別是采用使金屬互連件密度最大化的措施的那些技術制作的CMOS圖像傳感器中尤其存在記憶效應問題。例如，已發現采用所謂的“無邊界觸點”的那些制作技術與此問題的根本原因相關聯。
【發明內容】
[0004]本發明的一個實施例提供一種圖像傳感器像素，其包括:光電二極管區，其具有第一極性摻雜類型，其安置于半導體層中；釘扎表面層，其具有第二極性摻雜類型，其安置于所述半導體層中的所述光電二極管區上方，其中所述第二極性與所述第一極性相反；第一極性電荷層，其接近所述光電二極管區上方的所述釘扎表面層而安置；觸點蝕刻停止層，其接近所述第一極性電荷層而安置于所述光電二極管區上方，其中所述第一極性電荷層安置于所述釘扎表面層與所述觸點蝕刻停止層之間，使得第一極性電荷層抵消在所述觸點蝕刻停止層中感應的具有第二極性的電荷；及鈍化層，其安置于所述光電二極管區上方在所述釘扎表面層與所述觸點蝕刻停止層之間。
[0005]本發明的一個實施例提供一種設備，其包括:像素陣列，其布置于半導體層中，其中所述像素陣列的所述像素中的每一者包含:光電二極管區，其具有第一極性摻雜類型，其安置于所述半導體層中；及釘扎表面層，其具有第二極性摻雜類型，其安置于所述半導體層中的所述光電二極管區上方，其中所述第二極性與所述第一極性相反；第一極性電荷層，其接近所述像素陣列的所述像素中的每一者的所述釘扎表面層而安置于所述像素陣列上方；觸點蝕刻停止層，其接近所述第一極性電荷層而安置于所述像素陣列上方，其中所述第一極性電荷層安置于所述像素陣列的所述像素中的每一者的所述釘扎表面層與所述觸點蝕刻停止層之間，使得第一極性電荷層抵消在所述觸點蝕刻停止層中感應的具有第二極性的電荷；及鈍化層，其安置于所述像素陣列上方在所述像素陣列的所述像素中的每一者的所述釘扎表面層與所述觸點蝕刻停止層之間。
[0006]本發明的一個實施例提供一種成像系統，其包括:像素陣列，其布置于半導體層中，其中所述像素陣列的所述像素中的每一者包含:光電二極管區，其具有第一極性摻雜類型，其安置于所述半導體層中；釘扎表面層，其具有第二極性摻雜類型，其安置于所述半導體層中的所述光電二極管區上方，其中所述第二極性與所述第一極性相反；第一極性電荷層，其接近所述光電二極管區上方的所述釘扎表面層而安置；觸點蝕刻停止層，其接近所述第一極性電荷層而安置于所述像素陣列上方，其中所述第一極性電荷層安置于所述釘扎表面層與所述觸點蝕刻停止層之間，使得第一極性電荷層抵消在所述觸點蝕刻停止層中感應的具有第二極性的電荷；及鈍化層，其安置于所述像素陣列上方在所述像素陣列的所述像素中的每一者的所述釘扎表面層與所述觸點蝕刻停止層之間；控制電路，其耦合到所述像素陣列以控制所述像素陣列的操作；及讀出電路，其耦合到所述像素陣列以從所述像素陣列讀出圖像數據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]參考以下各圖描述本發明的非限制性及非詳盡實施例，其中在所有各視圖中相似參考編號指代相似部件，除非另有規定。
[0008]圖1是根據本發明的教示圖解說明包含實例圖像傳感器的成像系統的一個實例的圖示。
[0009]圖2根據本發明的教示圖解說明實例像素陣列的一個實例的俯視圖。
[0010]圖3A圖解說明安置于用光照射的不具有帶負電荷層的半導體層中的圖像傳感器像素的一個實例的橫截面圖。
[0011]圖3B圖解說明安置于在已用光照射之后處于低光條件中的不具有帶負電荷層的半導體層中的圖像傳感器像素的一個實例的橫截面圖。
[0012]圖4A根據本發明的教示圖解說明包含于用光照射的圖像傳感器的一個實例中的具有帶負電荷層的圖像傳感器像素的一個實例的橫截面圖。
[0013]圖4B根據本發明的教示圖解說明包含于用光照射的圖像傳感器的一個實例中的具有帶負電荷層的圖像傳感器像素的另一實例的橫截面圖。
[0014]圖4C根據本發明的教示圖解說明包含于用光照射的圖像傳感器的一個實例中的具有帶負電荷層的圖像傳感器像素的又一實例的橫截面圖。
[0015]圖4D根據本發明的教示圖解說明包含于在已用光照射之后處于低光條件中的圖像傳感器的一個實例中的具有帶負電荷層的圖像傳感器像素的一個實例的橫截面圖。
[0016]圖5A展示由成像系統獲取的原始圖像的實例。
[0017]圖5B展示由不具有帶負電荷層的成像系統獲取的圖像的實例，其展示記憶效應的癥狀。
[0018]圖5C根據本發明的教示展示由包含帶負電荷層的成像系統獲取的圖像的實例。
[0019]在圖式的所有數個視圖中，對應參考字符指示對應組件。所屬領域的技術人員將了解，圖中的元件是為簡單及清晰起見而圖解說明的，且未必按照比例繪制。舉例來說，為了有助于改進對本發明的各種實施例的理解，圖中的元件中的一些元件的尺寸可能相對于其它元件放大。此外，通常未描繪在商業上可行的實施例中有用或必需的常見而眾所周知的元件以便促進對本發明的這各種實施例的較不受阻擋的觀察。
【具體實施方式】
[0020]在以下描述中，陳述了眾多特定細節以提供對實施例的透徹理解。然而，所屬領域的技術人員將明了，無需采用所述特定細節來實踐本發明。在其它實例中，為避免使本發明模糊，未詳細描述眾所周知的材料或方法。
[0021]在本說明書通篇中對“一個實施例”、“一實施例”、“一個實例”或“一實例”的提及意指結合所述實施例或實例所描述的特定特征、結構或特性包含于本發明的至少一個實施例中。因此，在本說明書通篇中各個地方短語“在一個實施例中”、“在一實施例中”、“一個實例”或“一實例”的出現未必全部指代同一實施例或實例。此外，所述特定特征、結構或特性可以任何適合組合及/或子組合而組合于一個或一個以上實施例或實例中。特定特征、結構或特性可包含于集成電路、電子電路、組合邏輯電路或提供所要功能性的其它適合組件中。另外，應了解，隨本文提供的圖是出于向所屬領域的技術人員解釋的目的且圖式未必按比例繪制。
[0022]根據本發明教示的實例解決互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器中的記憶效應的根本原因當中的促成因素且提供減少或消除包含觸點蝕刻停止層的CMOS圖像傳感器中的記憶效應的解決方案。根據本發明教示的實例CMOS圖像傳感器包含觸點蝕刻停止層，其使得具有減少的或不具有記憶效應的CMOS圖像傳感器中的無邊界觸點元件成為可能。如下文將更詳細地論述，根據本發明的教示，在CMOS圖像傳感器的觸點蝕刻停止層與光電二極管的釘扎層之間形成額外帶電荷層。例如，根據本發明的教示，在一個實例中，所添加電荷層的負電荷將掩蔽在圖像傳感器的下伏光電二極管上的觸點蝕刻停止層中感應的正電荷的不期望的效應，此減少圖像傳感器中的重影假象或記憶效應。
[0023]圖1是根據本發明的教示圖解說明包含實例像素陣列102的成像系統100的一個實例的圖示，像素陣列102包含接近觸點蝕刻停止層形成的額外電荷層，所述額外電荷層掩蔽在所述觸點蝕刻停止層中感應的正電荷的不期望的效應。如所描繪的實例中所展示，成像系統100包含耦合到控制電路108的像素陣列102及耦合到功能邏輯106的讀出電路104。
[0024]在一個實例中，像素陣列102為成像傳感器或像素(例如，像素P1、P2...、Pn)的二維(2D)陣列。在一個實例中，每一像素為CMOS成像像素。如所圖解說明，每一像素被布置到一行(例如，行Rl到Ry)及一列(例如，列Cl到Cx)中以獲取人、地點、對象等的圖像數據，接著可使用所述圖像數據再現所述人、地點、對象等的圖像。
[0025]在一個實例中，在每一像素已獲取其圖像數據或圖像電荷之后，所述圖像數據由讀出電路104讀出且接著傳送到功能邏輯106。在各種實例中，讀出電路104可包含放大電路、模/數(ADC)轉換電路或其它。功能邏輯106可僅存儲所述圖像數據或甚至通過應用后圖像效果(例如，剪裁、旋轉、移除紅眼、調整亮度、調整對比度或其它)來操縱所述圖像數據。在一個實例中，讀出電路104可沿著讀出列線一次讀出一行圖像數據(所圖解說明)或可使用多種其它技術(未圖解說明)讀出圖像數據，例如串行讀出或同時全并行地讀出所有像素。
[0026]在一個實例中，控制電路108耦合到像素陣列102以控制像素陣列102的操作特性。舉例來說，控制電路108可產生用于控制圖像獲取的快門信號。在一個實例中，所述快門信號為用于同時啟用像素陣列102內的所有像素以在單個獲取窗期間同時捕獲其相應圖像數據的全局快門信號。在另一實例中，快門信號為滾動快門信號，使得在連續獲取窗期間依序啟用每一像素行、每一像素列或每一像素群組。[0027]圖2根據本發明的教示圖解說明實例像素陣列202的半導體襯底210的一個實例的俯視圖。應了解，在一個實例中，像素陣列202為提供圖1的實例像素陣列102的增加的細節的圖解。如圖2中所描繪的實例中所展示，像素陣列202包含其中布置有像素(例如，P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、…)陣列的半導體層210。如所述實例中所展示，每一像素(例如圖2中所圖解說明的實例像素P5)包含布置于像素陣列202中半導體層210中的光電二極管212以及耦合到光電二極管212的相關聯像素電路214。在一個實例中，像素電路214可包含像素電路元件，例如但不限于傳送晶體管及浮動擴散部。在一個實例中，一個或一個以上像素還可包含或共享電荷-電壓轉換浮動二極管及放大器晶體管。
[0028]如下文將進一步詳細地論述，在一個實例中，還在像素陣列202上方形成帶電荷層以及觸點蝕刻停止層。在一個實例中，所述帶電荷層為形成于每一像素的光電二極管的釘扎表面層上方的帶負電荷層。觸點蝕刻停止層的沉積為可在提供無邊界觸點時利用的制作技術，所述無邊界觸點可用于增加像素陣列202中的金屬互連件密度。在一個實例中，根據本發明的教示，包含于帶負電荷層中的負電荷抵消由于強光照射而可在觸點蝕刻停止層中感應的正電荷的效應，此減少像素陣列202中的重影假象或記憶效應。
[0029]為了圖解說明，圖3A根據本發明的教示展示包含于不具有帶電荷層的CMOS圖像傳感器的實例像素陣列302中的實例半導體層310的橫截面圖。注意，在一個實例中，像素陣列302對應于圖2的像素陣列202的沿著線A-A'的橫截面圖。如所描繪的實例中所展示，像素陣列302包含其中布置有多個光電二極管區312的半導體層310，在一個實例中，半導體層310包含P型硅。在所述實例中，多個光電二極管區312中的每一者包含于像素陣列302的單獨像素中。在一個實例中，每一光電二極管區312包含形成于半導體層310的P型硅中的N摻雜區。如所描繪的實例中所展示，存在分離半導體層310中的相鄰光電二極管區312的淺溝槽隔離(STI) 318區且因此其界定像素陣列302的像素之間的邊界。
[0030]圖3A中所圖解 說明的實例還展示存在安置于光電二極管區312的表面處的釘扎表面層313。在一個實例中，釘扎表面層313包含覆蓋像素光敏區域的P摻雜釘扎區，其延伸到STI318絕緣邊界且上覆于N摻雜光電二極管區312上，如圖所示。圖3A還根據本發明的教示展示鈍化層320沉積于布置于實例像素陣列302的半導體層310中的每一像素的釘扎表面層313上方。在一個實例中，鈍化層320可包含絕緣材料，例如基于氧化硅的電介質層等。
[0031]圖3A中所圖解說明的實例還根據本發明的教示圖解說明觸點蝕刻停止層322沉積于鈍化層320上方，鈍化層320沉積于包含于實例像素陣列302中的釘扎表面層313上方，如圖所示。在一個實例中，觸點蝕刻停止層322為將用于幫助提供待在像素陣列302中制作的無邊界觸點的觸點蝕刻停止層。如此，觸點蝕刻停止層322將用于在稍后將用于形成觸點開口的干蝕刻過程期間保護下伏結構不受損壞。因此，觸點蝕刻停止層322具有比(舉例來說)基于氧化硅的電介質層慢的蝕刻速率。
[0032]在一個實例中，觸點蝕刻停止層322可包含基于氮化硅的電介質，舉例來說，包含氮氧化硅、碳化硅等。在一個實例中，可使用等離子增強化學氣相沉積(PECVD)來沉積觸點蝕刻停止層322，此沉積采用電驅動的等離子來分解例如硅烷(SiH4)、氨氣(NH4)及氧氣
(O2)等源氣體以提供硅、氮及氧源來形成觸點蝕刻停止層322的氮化硅及/或氮氧化硅。
[0033]在一個實例中，因此，所得觸點蝕刻停止層322的特征可在于包含顯著量的移動電荷，這是因為原子之間的殘余氫或不良形成的結晶鍵結，例如S1-Si鍵或S1-H鍵。在一個實例中，所得觸點蝕刻停止層322的特征還在于具有與所選沉積工藝參數或反應氣體的所選相對數量相關聯的殘余機械應力。
[0034]觸點蝕刻停止層322的PECVD氮化硅及/或氮氧化硅中的移動電荷可由電力(例如，跨越觸點蝕刻停止層322放置的電場)移動，此可導致附近半導體區(例如光電二極管區312及/或包含于像素陣列302的像素中的像素電路)中的不期望的效應。舉例來說，觸點蝕刻停止層322的上覆PECVD氮化硅中的移動電荷可通過更改下伏輕摻雜源極或漏極區的耗盡特性而影響包含于像素陣列302的像素中的像素電路中所包含的晶體管的源極到漏極電阻。另外，注意，觸點蝕刻停止層322的PECVD氮化硅及/或氮氧化硅與例如二氧化硅膜等其它膜之間的界面能夠通常以所述界面處的各種原子之間的斷鍵來保持電荷。
[0035]此外，注意，可因暴露于可通過觸點蝕刻停止層322的可見光、尤其是在成像時用亮光照射像素陣列302的光電二極管區312時在觸點蝕刻停止層322的PECVD氮化硅及/或氮氧化硅中直接感應出凈正電荷。特定來說，與S1-Si及S1-H晶體結構的聲子模式相關聯的能量可參與電載流子的光學激發。因此，在強光照射下在(舉例來說)上覆于光電二極管區312上的觸點蝕刻停止層322的SiON膜中產生正電荷導致記憶效應。
[0036]為了圖解說明，圖3A展示照射光電二極管區312的光315，因此其照射并通過觸點蝕刻停止層322，如圖所示。此可在光電二極管區正捕獲圖像時發生。由于用光315進行的此照射，在觸點蝕刻停止層322中感應正電荷317，其在光電二極管區312的表面處感應電子319，如圖所示。
[0037]圖3B展示在不再存在光315且光電二極管區312在已用亮光315照射之后且在已捕獲圖像之后使較暗景物成像或處于低光條件中之后，光電二極管區312的表面處的所感應電子319被注入到光電二極管區312中，從而導致不期望的記憶效應。換句話說，當包含光電二極管區312的像素使較暗景物成像時，光電二極管區312的表面處的作為先前捕獲的圖像的結果的所感應電子319被注入到光電二極管區312中，此產生局部化暗電流，從而致使先前捕獲的圖像的不期望的“重影圖像”作為記憶效應顯現在像素陣列302中。
[0038]為了解決與記憶效應有關的問題，圖4A根據本發明的教示展示包含于CMOS圖像傳感器的實例像素陣列402中的實例半導體層410的橫截面圖。注意，在一個實例中，像素陣列402對應于圖2的像素陣列202的沿著線A-A'的橫截面圖。在所圖解說明的實例中，出于解釋目的而將像素陣列402展示為前側照射式像素陣列。在另一實例中，應了解，根據本發明的教示，像素陣列402可配置為背側照射式像素陣列。注意，圖4A的像素陣列402與圖3A及3B的像素陣列302共享一些相似性。例如，如圖4A中所描繪的實例中所展示，像素陣列402包含其中布置有多個光電二極管區412的半導體層410，在一個實例包含，半導體層410包含P型硅。在所述實例中，多個光電二極管區412中的每一者包含于像素陣列402的單獨像素中。在一個實例中，每一光電二極管區412包含形成于半導體層410的P型硅中的N摻雜區。如所描繪的實例中所展示，存在分離半導體層410中的相鄰光電二極管區412的STI418區且因此其界定像素陣列402的像素之間的邊界。釘扎表面層413安置于光電二極管區412的表面處。在一個實例中，釘扎表面層413包含覆蓋像素光敏區域的P摻雜釘扎區，其延伸到STI418絕緣邊界且上覆于N摻雜光電二極管區412上，如圖所
/Jn ο[0039]根據本發明的教示，圖4A的像素陣列402與圖3A及3B的像素陣列302之間的一個差異為，圖4A的像素陣列402包含接近釘扎表面層413安置的帶電荷層421，如圖所示。在一個實例中，帶電荷層421為帶負電荷層且因此包含固定負電荷423，如圖所示。在各種實例中，帶電荷層421可由氧化鉿(HfOx)、氧化招(Al2O3)、氧化錯(ZrO2)、氧化鉭(Ta2O5)及/或氧化鈦(TiO2)構成。在各種實例中，可通過化學氣相沉積(CVD)、濺鍍及/或原子層沉積(ALD)來形成帶電荷層421。注意，ALD提供良好的膜質量且減少界面狀態。
[0040]圖4A中所描繪的實例根據本發明的教示展示觸點蝕刻停止層422接近帶電荷層421而安置于光電二極管區412上方，如圖所示。另外，圖4A展示鈍化層420也在光電二極管區412上方釘扎表面層413與觸點蝕刻停止層422之間，如圖所示。在一個實例中，觸點蝕刻停止層422可包含基于氮化硅的電介質，舉例來說，包含氮氧化硅、碳化硅等。在一個實例中，鈍化層420可包含絕緣材料，例如基于氧化硅的電介質層等。在圖4A中所圖解說明的特定實例中，鈍化層420安置于光電二極管區412上方帶電荷層421與觸點蝕刻停止層420之間，如圖所示。
[0041]在所圖解說明的實例中，圖4A根據本發明的教示展示金屬互連層424接著安置于觸點蝕刻停止層422上方。在一個實例中，金屬互連層424為包含多個金屬互連件426的金屬堆疊層，金屬互連件426提供到像素陣列402中的像素電路的電連接。在一個實例中，根據本發明的教示，金屬互連件426包含一個或一個以上無邊界觸點。在另一實例中，根據本發明的教示，金屬互連件426中的任一者均不為無邊界觸點。
[0042]圖4B根據本發明的教示圖解說明包含于用光照射的圖像傳感器的一個實例中的具有帶負電荷層的圖像傳感器像素的另一實例的橫截面圖。應了解，圖4B中所展示的實例橫截面圖與圖4A中所展示的實例圖像傳感器像素的實例橫截面圖共享許多相似性。例如，在圖4B中的圖像傳感器像素的實例橫截面圖中，帶電荷層421及鈍化層420兩者安置于光電二極管區412上方在釘扎表面層413與觸點蝕刻停止層422之間。然而，一個差異為，在圖4B中所圖解說明的特定實例中，鈍化層420安置于光電二極管區412上方在釘扎表面層413與帶電荷層421之間,如圖所示。
[0043]圖4C根據本發明的教示圖解說明包含于用光照射的圖像傳感器的一個實例中的具有帶負電荷層的圖像傳感器像素的又一實例的橫截面圖。應了解，圖4C中所展示的實例橫截面圖與圖4A中所展示的實例圖像傳感器像素的實例橫截面圖以及圖4B中所展示的實例也共享許多相似性。例如，在圖4C中的圖像傳感器像素的實例橫截面圖中，帶電荷層421安置于光電二極管區412上方在釘扎表面層413與觸點蝕刻停止層422之間。然而，一個差異為，在圖4C中所圖解說明的實例中，存在安置于光電二極管區412上方在釘扎表面層413與觸點蝕刻停止層422之間的至少兩個鈍化層。例如，在圖4C中所圖解說明的特定實例中，一個鈍化層420B安置于光電二極管區412上方在釘扎表面層413與帶電荷層421之間，如圖所示。另外，另一鈍化物420A安置于光電二極管區412上方在帶電荷層421與觸點蝕刻停止層422之間，如圖所示。
[0044]在圖4A、圖4B及/或圖4C所圖解說明的所有實例中，光415穿過觸點蝕刻停止層422照射光電二極管區412，此在像素陣列402捕獲圖像時發生。然而，在如圖4A、圖4B及/或圖4C中所展示觸點蝕刻停止層422與釘扎表面層413之間存在帶電荷層421的情況下，帶電荷層421中的固定負電荷423抵消響應于光415而在觸點蝕刻停止層422中感應的正電荷417。換句話說，根據本發明的教示，帶電荷層421中的固定負電荷423防止觸點蝕刻停止層422中的所感應正電荷417在光電二極管區412中感應負電荷。此外，根據本發明的教示，帶電荷層421中的固定負電荷423有助于維持正電荷425的存在或甚至可在釘扎表面層413的空穴積累層中感應額外空穴。
[0045]為了圖解說明，圖4D根據本發明的教示展示在不再存在光415且光電二極管區412在已用亮光415照射之后且在已捕獲圖像之后使較暗景物成像或處于低光條件中之后的圖4A中所展示的實例橫截面圖，先前在觸點蝕刻停止層422中感應的正電荷417由于帶電荷層421中存在固定負電荷423而不在光電二極管區412中感應負電荷。此外，如圖4B中所描繪的實例中所展示，根據本發明的教示，維持了釘扎表面層413的空穴積累層中的正電荷425。因此，根據本發明的教示，在存在形成于圖像傳感器402中的觸點蝕刻停止層422與釘扎層420之間的帶電荷層421的情況下，大致消除了記憶效應。
[0046]圖5A到5C是根據本發明的教示幫助圖解說明像素陣列中的記憶效應及包含帶電荷層的像素陣列中的記憶效應的減少的實例圖像。特定來說，圖5A展示由成像系統獲取的原始圖像530的實例。圖5B展示來自不具有帶電荷層的成像系統的圖像535的實例且因此展示記憶效應的癥狀。圖5C根據本發明的教示展示包含帶電荷層的成像系統中的圖像540的實例。如圖5C中所展示，在根據本發明教示的圖像540中不存在記憶效應。
[0047]包含發明摘要中所描述內容的本發明的所圖解說明實例的以上描述并非打算為窮盡性或限制于所揭示的精確形式。盡管出于說明性目的而在本文中描述本發明的特定實施例及實例，但可在不背離本發明的較寬廣精神及范圍的情況下做出各種等效修改。實際上，應了解，特定實例電壓、電流、頻率、功率范圍值、時間等是針對解釋目的而提供的，且還可在根據本發明教示的其它實施例及實例中采用其它值。
【權利要求】
1.一種圖像傳感器像素，其包括: 光電二極管區，其具有第一極性摻雜類型，其安置于半導體層中； 釘扎表面層，其具有第二極性摻雜類型，其安置于所述半導體層中的所述光電二極管區上方，其中所述第二極性與所述第一極性相反； 第一極性電荷層，其接近所述光電二極管區上方的所述釘扎表面層而安置； 觸點蝕刻停止層，其接近所述第一極性電荷層而安置于所述光電二極管區上方，其中所述第一極性電荷層安置于所述釘扎表面層與所述觸點蝕刻停止層之間，使得第一極性電荷層抵消在所述觸點蝕刻停止層中感應的具有第二極性的電荷；及 鈍化層，其安置于所述光電二極管區上方在所述釘扎表面層與所述觸點蝕刻停止層之間。
2.根據權利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述鈍化層安置于所述光電二極管區上方在所述釘扎表面層與所述第一極性電荷層之間。
3.根據權利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述鈍化層安置于所述光電二極管區上方在所述第一極性電荷層與所述觸點蝕刻停止層之間。
4.根據權利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述鈍化層為安置于所述光電二極管區上方的多個鈍化層中的一者，其中所述多個鈍化層中的第一者安置于所述釘扎表面層與所述第一極性電荷層之間，且其中所述多個鈍化層中的第二者安置于所述第一極性電荷層與所述觸點蝕刻停止層之間。
5.根據權利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述觸點蝕刻停止層包括氮化硅及氮氧化娃中的一者。`
6.根據權利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述第一極性電荷層包括氧化鉿、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉭及氧化鈦中的一者。
7.根據權利要求1所述的圖像傳感器像素，其中安置于所述釘扎表面層與所述觸點蝕刻停止層之間的所述第一極性電荷層防止在所述觸點蝕刻停止層中感應的具有所述第二極性的所述電荷在所述光電二極管區中感應具有第一極性的電荷。
8.根據權利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述鈍化層包括氧化硅。
9.根據權利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述第一極性為負的，且所述第二極性為正的。
10.根據權利要求1所述的圖像傳感器像素，其中所述半導體層包括硅。
11.一種設備，其包括: 像素陣列，其布置于半導體層中，其中所述像素陣列的所述像素中的每一者包含:光電二極管區，其具有第一極性摻雜類型，其安置于所述半導體層中；及釘扎表面層，其具有第二極性摻雜類型，其安置于所述半導體層中的所述光電二極管區上方，其中所述第二極性與所述第一極性相反； 第一極性電荷層，其接近所述像素陣列的所述像素中的每一者的所述釘扎表面層而安置于所述像素陣列上方； 觸點蝕刻停止層，其接近所述第一極性電荷層而安置于所述像素陣列上方，其中所述第一極性電荷層安置于所述像素陣列的所述像素中的每一者的所述釘扎表面層與所述觸點蝕刻停止層之間，使得第一極性電荷層抵消在所述觸點蝕刻停止層中感應的具有第二極性的電荷?’及 鈍化層，其安置于所述像素陣列上方在所述像素陣列的所述像素中的每一者的所述釘扎表面層與所述觸點蝕刻停止層之間。
12.根據權利要求11所述的設備，其中所述鈍化層安置于所述陣列上方在所述像素陣列的所述像素中的每一者的所述釘扎表面層與所述第一極性電荷層之間。
13.根據權利要求11所述的設備，其中所述鈍化層安置于所述陣列上方在所述第一極性電荷層與所述觸點蝕刻停止層之間。
14.根據權利要求11所述的設備，其中所述鈍化層為安置于所述光電二極管區上方的多個鈍化層中的一者，其中所述多個鈍化層中的第一者安置于所述像素陣列的所述像素中的每一者的所述釘扎表面層與所述第一極性電荷層之間，且其中所述多個鈍化層中的第二者安置于所述第一極性電荷層與所述觸點蝕刻停止層之間。
15.根據權利要求11所述的設備，其進一步包括接近所述像素陣列上方的所述觸點蝕刻停止層而安置的金屬互連層。
16.根據權利要求15所述的設備，其中所述金屬層包含安置于其中的無邊界觸點。
17.根據權利要求11所述的設備，其中所述觸點蝕刻停止層包括氮化硅及氮氧化硅中的一者。
18.根據權利要求11所述的設備，其中所述第一極性電荷層包括氧化鉿、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉭及氧化鈦中的一者。
19.根據權利要求11`所述的設備，其中安置于所述像素陣列的所述像素中的每一者的所述釘扎表面層與所述觸點蝕刻停止層之間的所述第一極性電荷層防止在所述觸點蝕刻停止層中感應的具有所述第二極性的所述電荷在所述像素陣列中感應具有第一極性的電荷。
20.根據權利要求11所述的設備，其中所述鈍化層包括氧化硅。
21.根據權利要求11所述的設備，其中所述第一極性為負的，且所述第二極性為正的。
22.根據權利要求11所述的設備，其中半導體材料包括硅。
23.根據權利要求11所述的設備，其中所述設備包括于互補金屬氧化物半導體CMOS圖像傳感器中。
24.一種成像系統，其包括: 像素陣列，其布置于半導體層中，其中所述像素陣列的所述像素中的每一者包含: 光電二極管區，其具有第一極性摻雜類型，其安置于所述半導體層中； 釘扎表面層，其具有第二極性摻雜類型，其安置于所述半導體層中的所述光電二極管區上方，其中所述第二極性與所述第一極性相反； 第一極性電荷層，其接近所述光電二極管區上方的所述釘扎表面層而安置； 觸點蝕刻停止層，其接近所述第一極性電荷層而安置于所述像素陣列上方，其中所述第一極性電荷層安置于所述釘扎表面層與所述觸點蝕刻停止層之間，使得第一極性電荷層抵消在所述觸點蝕刻停止層中感應的具有第二極性的電荷；及 鈍化層，其安置于所述像素陣列上方在所述像素陣列的所述像素中的每一者的所述釘扎表面層與所述觸點蝕刻停止層之間； 控制電路，其耦合到所述像素陣列以控制所述像素陣列的操作 '及讀出電路，其耦合到所述像素陣列以從所述像素陣列讀出圖像數據。
25.根據權利要求24所述的成像系統，其中所述鈍化層安置于所述像素陣列上方在所述像素陣列的所述像素中的每一者的所述釘扎表面層與所述第一極性電荷層之間。
26.根據權利要求24所述的成像系統，其中所述鈍化層安置于所述像素陣列上方在所述第一極性電荷層與所述觸點蝕刻停止層之間。
27.根據權利要求24所述的成像系統，其中所述鈍化層為安置于所述像素陣列上方的多個鈍化層中的一者，其中所述多個鈍化層中的第一者安置于所述像素陣列的所述像素中的每一者的所述釘扎表面層與所述第一極性電荷層之間，且其中所述多個鈍化層中的第二者安置于所述第一極性電荷層與所述觸點蝕刻停止層之間。
28.根據權利要求24所述的成像系統，其進一步包括耦合到所述讀出電路以存儲從所述像素陣列讀出的所述圖像數據的功能邏輯。
29.根據權利要求24所述的成像系統，其中所述觸點蝕刻停止層包括氮化硅及氮氧化娃中的一者。
30.根據權利要求24所述的成像系統，其中所述第一極性電荷層包括氧化鉿、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉭及氧化鈦中的一者。
31.根據權利要求24所述的成像系統，其中安置于所述像素陣列的所述像素中的每一者的所述釘扎表面層與所述觸點蝕刻停止層之間的所述第一極性電荷層防止在所述觸點蝕刻停止層中感應的具有所述第二極性的所述電荷在所述像素陣列中感應具有第一極性的電荷。
【文檔編號】H01L27/146GK103779366SQ201310340938
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年8月7日 優先權日:2012年10月25日
【發明者】霍華德·E·羅茲, 楊大江, 陳剛, 毛杜立, 文森特·韋內齊亞 申請人:全視科技有限公司