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CN105405854A - 图像传感器像素及制造所述图像传感器像素的方法 - Google Patents

图像传感器像素及制造所述图像传感器像素的方法 Download PDF

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CN105405854A
CN105405854A CN201510556654.7A CN201510556654A CN105405854A CN 105405854 A CN105405854 A CN 105405854A CN 201510556654 A CN201510556654 A CN 201510556654A CN 105405854 A CN105405854 A CN 105405854A
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CN
China
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dopant region
region
dopant
semiconductor layer
image sensor
Prior art date
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Pending
Application number
CN201510556654.7A
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陈刚
菲力浦·马塔格恩
熊志伟
郑源伟
毛杜立
戴森·H·戴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omnivision Technologies Inc
Original Assignee
Omnivision Technologies Inc
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

本申请案涉及图像传感器像素及制造所述图像传感器像素的方法。包含光电二极管的图像传感器像素包含安置于半导体层内的第一掺杂剂区域及安置在所述第一掺杂剂区域的上方且在所述半导体层内的第二掺杂剂区域。所述第二掺杂剂区域接触所述第一掺杂剂区域且所述第二掺杂剂区域具有与所述第一掺杂剂区域相反的多数电荷载流子类型。第三掺杂剂区域安置在所述第一掺杂剂区域的上方且在所述半导体层内。第三掺杂剂区域具有与所述第二掺杂剂区域相同的多数电荷载流子类型但具有大于所述第二掺杂剂区域的自由电荷载流子浓度。传输栅极经定位以传输来自所述光电二极管的光生电荷。所述第二掺杂剂区域比所述第三掺杂剂区域延伸得更接近于所述传输栅极的边缘。

Description

图像传感器像素及制造所述图像传感器像素的方法
技术领域
本发明大体上涉及图像传感器，且更特定(但不排它)来说，涉及图像传感器像素中的掺杂剂配置。
背景技术
图像传感器为将光(以光学图像的形式)转换为电子信号的电子装置。现代图像传感器通常为半导体电荷耦合装置(“CCD”)或用互补金属氧化物半导体(“CMOS”)技术制造的有源像素传感器。
CMOS图像传感器在许多现代电子装置中已变得普遍存在。手机、膝上型计算机及摄像机都可将CMOS图像传感器利用为主要的图像/光检测方法，且装置制造者及消费者要求高性能。提高图像传感器的性能的一种方法为增加像素密度。
随着CMOS图像传感器像素间距按比例缩小，需要新的像素设计以改进光学/电气性能。在给定的像素间距下增加单元共享像素的数目为使光电二极管面积最大化的有效方式。然而，增加多单元共享像素数目通常需要较多植入步骤及多个沉积角度以实现所要的装置架构。因此，需要较少处理步骤及/或展现更大电子性能的多单元共享装置为非常可取的。
发明内容
一方面，本申请案提供一种图像传感器像素，其包括：包含安置于半导体层内的第一掺杂剂区域的光电二极管；安置在所述第一掺杂剂区域上方且在所述半导体层内的第二掺杂剂区域，其中所述第二掺杂剂区域接触所述第一掺杂剂区域，且其中所述第二掺杂剂区域具有与所述第一掺杂剂区域相反的多数电荷载流子类型；安置在所述第一掺杂剂区域上方且在所述半导体层内的第三掺杂剂区域，其中所述第三掺杂剂区域接触所述第一掺杂剂区域及所述第二掺杂剂区域，且其中所述第三掺杂剂区域具有与所述第二掺杂剂区域相同的多数电荷载流子类型且具有大于所述第二掺杂剂区域的自由电荷载流子浓度；以及经定位以传输来自所述光电二极管的光生电荷的传输栅极，其中所述第二掺杂剂区域比所述第三掺杂剂区域延伸得更接近于所述传输栅极的边缘。
另一方面，本申请案提供一种制造图像传感器像素的方法，所述方法包括：形成传输栅极；使用第一掩模在半导体层中形成第一掺杂剂区域，其中所述第一掺杂剂区域延伸到所述半导体层中的第一深度，且其中所述传输栅极经定位以传输来自所述第一掺杂剂区域的光生电荷；使用所述第一掩模在所述半导体层中形成第二掺杂剂区域，其中所述第二掺杂剂区域接触所述第一掺杂剂区域且延伸到所述半导体层中的比所述第一深度小的第二深度，且其中所述第二掺杂剂区域具有与所述第一掺杂剂区域相反的多数电荷载流子类型；以及使用第二掩模在所述半导体层中形成第三掺杂剂区域，其中所述第三掺杂剂区域接触所述第二掺杂剂区域且延伸到所述半导体层中的比所述第一深度小的第三深度，且其中所述第三掺杂剂区域具有与所述第二掺杂剂区域相同的多数电荷载流子类型且具有大于所述第二掺杂剂区域的自由电荷载流子浓度，且其中所述第二掺杂剂区域比所述第三掺杂剂区域延伸得更接近于所述传输栅极的边缘。
附图说明
参考以下图式描述本发明的非限制及非详尽实施例，其中相似的元件符号指代贯穿各图的相似部件，除非另有说明。
图1A为根据本发明的实施例的包含四个图像传感器像素的共享像素的俯视图。
图1B为根据本发明的实施例的图1A中的共享像素的沿线A-A'截取的横截面图。
图2为根据本发明的实施例的说明图像传感器的一个实例的框图。
图3A到3E展示根据本发明的实施例的形成图像传感器像素的过程。
图3F为根据本发明的实施例的图3E的虚线内的结构的放大图。
图4为根据本发明的实施例的用于形成图像传感器像素的过程的流程图。
图5为根据本发明的实施例的具有共享的浮动扩散区的四个图像传感器像素的电路图。
具体实施方式
本文描述图像传感器像素及用于形成图像传感器像素的方法的实施例。在以下描述中，陈述众多特定细节以便提供对实施例的详尽理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可无需使用一或多个特定细节或使用其它方法、组件、材料等等来实践本文描述的技术。在其它情况中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免使某些方面模糊。
贯穿此说明书对“一个实施例”、“实施例”或“一个实例”的参考意味着与实施例相结合而描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿此说明书在多个地方出现短语“在一个实施例中”或“在实施例中”或“在一个实例中”并不一定都指代相同的实施例。此外，在一或多个实施例中，特定的特征、结构或特性可以任何合适方式组合。
贯穿此说明书，使用数个专门术语。这些术语具有在它们出自的领域中的普通含义，除非本文明确定义或它们的使用上下文另外清楚地表明。
图1A为根据本发明的实施例的包含四个图像传感器像素的共享像素199的俯视图。在所示的实施例中，共享像素199包含图像传感器像素100，图像传感器像素100为所述四个图像传感器像素中的一者。所述四个图像传感器像素共享相同的浮动扩散区111。然而，在不同的实施例中，任何数目的图像传感器像素可共享相同的浮动扩散区111，包含两个、六个及八个图像传感器像素共享一个浮动扩散区111的配置。个别的图像传感器像素(包含图像传感器像素100)具有个别的传输栅极109。在一个实施例中，共享像素199可包含红、绿及蓝色图像传感器像素。在另一个或相同的实施例中，共享像素199可被布置成拜耳模式、X-Trans模式、EXR模式或类似物。然而，共享像素199不应仅被限制于捕获可见光，共享像素199还可取决于未描绘的光电二极管的掺杂方案及装置架构的其它零件的存在而捕获红外光或紫外光。
图1B为根据本发明的实施例的图1A中的共享像素199的沿图1A中所说明的线A-A'截取的横截面图。图像传感器像素100包括光电二极管，所述光电二极管包含安置于半导体层101内的第一掺杂剂区域103。在一个实施例中，第一掺杂剂区域103为n型，且可使用砷、锑、磷或类似物来掺杂。第二掺杂剂区域105安置在第一掺杂剂区域103的上方且在半导体层101内。第二掺杂剂区域105接触第一掺杂剂区域103，且第二掺杂剂区域105具有与第一掺杂剂区域103相反的多数电荷载流子类型。第三掺杂剂区域107也安置在第一掺杂剂区域103的上方且在半导体层101内。第三掺杂剂区域107接触第一掺杂剂区域103及第二掺杂剂区域105，且第三掺杂剂区域107具有与第二掺杂剂区域105相同的多数电荷载流子类型。当第一掺杂剂区域103为n型时，第二掺杂剂区域105及第三掺杂剂区域107都为p型使得它们具有与第一掺杂剂区域103相反的多数电荷载流子类型。然而，第三掺杂剂区域107的自由电荷载流子浓度比第二掺杂剂区域105大。因此，第三掺杂剂区域107可具有大于第二掺杂剂区域105的p型掺杂剂浓度。
如先前所声明，在一个实施例中，第一掺杂剂区域103可含有n型掺杂剂，第二掺杂剂区域105可含有p型掺杂剂且第三掺杂剂区域107可含有掺杂剂浓度大于第二掺杂剂区域105的p型掺杂剂。在一个实施例中，半导体层101被掺杂且具有与第二掺杂剂区域105及第三掺杂剂区域107相同的多数电荷载流子类型。N型掺杂剂可包含磷或其它富电子元素。P型掺杂剂可包含硼或其它缺电子元素。
图像传感器像素100还包含经定位以传输来自包含第一掺杂剂区域103的所述光电二极管的光生电荷的传输栅极109。传输栅极109安置于用于绝缘的栅极电介质113之上。另外，在图1B中所示的图像传感器像素100中，第二掺杂剂区域105的横向边界(左边缘)比第三掺杂剂区域107的横向边界(左边缘)延伸得更接近于传输栅极109的边缘(右边缘)。在一个实施例中，第一掺杂剂区域103的横向边界在传输栅极109之下延伸。在另一个或相同的实施例中，第二掺杂剂区域105的横向边界在传输栅极109之下延伸。在另一个或相同的实施例中，第二掺杂剂区域105安置于半导体层101中的与第三掺杂剂区域107相同的深度(如所说明)。
共享像素199包含半导体层101中的共享的浮动扩散区111。共享的浮动扩散区111可安置在传输栅极109的与第一掺杂剂区域103、第二掺杂剂区域105及第三掺杂剂区域107相反的侧上。在第一掺杂剂区域103为n掺杂的实施例中，浮动扩散区111也将为n掺杂的。
在操作期间，光进入包含第一掺杂剂区域103的光电二极管中且被转换为图像电荷。可将电压(比阈值电压大)施加到每一传输栅极109以一次一个地从所述图像传感器像素读出图像电荷。然而，可通过同时将电压(比阈值电压大)施加到多个传输栅极109同时从多个像素读出图像电荷。由浮动扩散区111接收图像电荷，且由所述架构的其它零件读出图像电荷(图5中所说明)。
用实验方法可看出，除了形成更重掺杂的第三掺杂剂区域107(如所揭示)之外还形成轻掺杂的第二掺杂剂区域105导致增加的满阱容量及更少的总噪声。所述不同掺杂剂区域相对于传输栅极109的位置可影响电荷从第一掺杂剂区域103到浮动扩散区111的传输。还观察到，所揭示的掺杂剂区域103、105及107的配置通过减小图像传感器像素中的暗电流及白像素的数目来改进装置性能。
图2为根据本发明的实施例的说明图像传感器200的一个实例的框图。在一个实例中，像素阵列205为共享像素199或图像传感器像素100(举例来说，像素P1、P2……Pn)的二维(2D)阵列。如所说明，共享像素199被布置到多行(举例来说，行R1到Ry)及多列(举例来说，列C1到Cx)中以获取人、位置、物体等等的图像数据，接着可使用所述图像数据再现所述人、位置或物体等等的2D图像。
在一个实例中，在像素阵列205中的每一图像传感器像素(包含图像传感器像素100)已获取其图像数据或图像电荷之后，由读出电路211读出所述图像数据且接着将其传输到功能逻辑215。读出电路211可经耦合以从像素阵列205接收图像数据。在多个实例中，读出电路211可包含放大电路、模/数(ADC)转换电路或其它。功能逻辑215可只是存储所述图像数据，乃至通过应用后图像效果(举例来说，剪裁、旋转、消除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)操纵所述图像数据。在一个实例中，读出电路211可沿着读出列线(已说明)一次读出一行图像数据，或可使用例如同时串行读出或全并行读出所有像素单元的多种其它技术(未说明)来读出所述图像数据。
在一个实例中，控制电路221耦合到像素阵列205以控制像素阵列205的操作特性。控制电路221可经配置以控制像素阵列205的操作。举例来说，控制电路221可产生用于控制图像采集的快门信号。在一个实例中，所述快门信号为全局快门信号，其用于同时启用像素阵列205内的所有像素以在单采集窗口期间同时捕获它们相应的图像数据。在另一个实例中，所述快门信号为滚动快门信号，使得在连续采集窗口期间循序地启用像素的每一行、列或群组。在另一个实施例中，图像采集与光照效果(例如，闪光)为同步的。
在一个实施例中，图像传感器200可包含于数字相机、手机、膝上型计算机或类似物中。另外，图像传感器200可耦合到其它硬件零件，例如，处理器、存储器元件、输出(USB端口、无线发射器、HDMI端口等等)、照明/闪光、电气输入(键盘、触摸显示器、触控板、鼠标、麦克风等等)及/或显示器。其它硬件零件可将指令递送到图像传感器200、从图像传感器200提取图像数据或操纵由图像传感器200供应的图像数据。
图3A到3E展示根据本发明的实施例的形成图像传感器像素300的过程。在一个实施例中，图像传感器300可包含半导体层301、第一掺杂剂区域303、第二掺杂剂区域305、第三掺杂剂区域307、传输栅极309及浮动扩散区(举例来说，浮动扩散区111)。一些或所有过程发生的次序不应被认为是限制性的。实情是，受益于本发明的所属领域的一般技术人员将理解，可以未说明的多种次序或甚至并行地执行一些过程。
图3A展示所述第一掺杂剂植入。在所述第一掺杂剂植入之前，形成传输栅极309。在所述第一植入期间，使用第一掩模323在半导体层301中形成第一掺杂剂区域303。第一掺杂剂区域303延伸到半导体层301中的第一深度中。传输栅极309经定位以将来自第一掺杂剂区域303的光生电荷传输到浮动扩散区(举例来说，浮动扩散区111)。在一个实施例中，使用倾斜植入来植入第一掺杂剂区域303。
图3B展示所述第二掺杂剂植入。使用第一掩模323在半导体层301中形成第二掺杂剂区域305。第二掺杂剂区域305接触第一掺杂剂区域303且延伸到半导体层301中的比所述第一深度小的第二深度中(即，第一掺杂剂区域303比第二掺杂剂区域305延伸到半导体层301中的更深处)。在一个实施例中，第二掺杂剂区域305为p掺杂的且第一掺杂剂区域303为n掺杂的(即，它们具有相反的多数电荷载流子类型)。在一个实施例中，第二掺杂剂区域305的横向边界在传输栅极309之下延伸。在另一个或相同的实施例中，形成第二掺杂剂区域305包含以垂直于半导体层301的角度植入第二掺杂剂。
图3C展示在形成第三掺杂剂区域307之前在半导体层301上形成分隔层327。分隔层327中的肩区域306在传输栅极309的边缘处形成，且肩区域306的厚度比分隔层327的平面段308大。
图3D展示第二掩模325的置放。在第三掺杂剂植入中使用第二掩模325以形成第三掺杂剂区域307。第二掩模325可包含光致抗蚀剂。
图3E展示所述第三掺杂剂植入。使用第二掩模325在半导体层301中形成第三掺杂剂区域307，且以垂直于半导体层301表面的角度植入第三掺杂剂区域307。第三掺杂剂区域307接触第二掺杂剂区域305，且延伸到半导体层301中的比所述第一深度小的第三深度(即，第一掺杂剂区域303比第三掺杂剂区域307延伸到半导体层301中的更深处)。另外，第三掺杂剂区域307具有与第二掺杂剂区域305相同的多数电荷载流子类型，且具有比第二掺杂剂区域305大的自由电荷载流子浓度。举例来说，当第二掺杂剂区域305及第三掺杂剂区域307为p型时，第三掺杂剂区域307具有更高的p型掺杂剂浓度。另外，第二掺杂剂区域305的横向边界比第三掺杂剂区域307的横向边界延伸得更接近于传输栅极309的边缘。
在一个实施例中，第一掺杂剂区域303可含有n型掺杂剂，第二掺杂剂区域305可含有p型掺杂剂，及第三掺杂剂区域307可含有掺杂剂浓度高于第二掺杂剂区域305的p型掺杂剂。在另一个或相同的实施例中，形成多个第一、第二及第三掺杂剂区域303、305、307以创建多个图像传感器像素。所述多个图像传感器像素可被布置到包括多行及多列图像传感器像素的像素阵列(举例来说，像素阵列205)中。另外，可形成控制电路及读出电路。在一个实例中，控制电路(举例来说，控制电路221)经配置以控制图像传感器像素300的操作，且读出电路(举例来说，读出电路211)经耦合以从图像传感器像素300接收图像数据。
图3F为根据本发明的实施例的图3E的虚线304内的结构的放大图。应注意，分隔层327安置在半导体层301之上，且分隔层327中的肩区域306沿着传输栅极309的至少一边缘(即，最接近掺杂剂区域303的边缘)而安置，且肩区域306具有比分隔层327的平面段308大的厚度。在形成第三掺杂剂区域307之前在半导体层301上形成分隔层327。
尽管图3A到3F中未画出，在一个实施例中，在半导体层301中形成共享的浮动扩散区(举例来说，浮动扩散区111)，且所述共享的浮动扩散区安置在传输栅极309的与第一掺杂剂区域303、第二掺杂剂区域305及第三掺杂剂区域307相反的侧上。在一个实例中，所述共享的浮动扩散区经定位以从图像传感器像素300及至少一额外图像传感器像素接收光生电荷。
图4为根据本发明的实施例的用于形成图像传感器像素的过程400的流程图。过程400中一些或所有处理框的出现次序不应被认为是限制的。实情是，受益于本发明的所属领域的一般技术人员将理解，可以未说明的多种次序乃至并行地执行一些处理框。
处理框401说明使用第一掩模在半导体层中形成第一区域(举例来说，第一掺杂剂区域303)。在一个实施例中，所述第一区域为在传输栅极之下延伸的n型区域。在相同或不同的实施例中，用以形成所述第一区域的掺杂剂为磷或其它富电子元件。可使用离子植入来植入所述掺杂剂，之后进行随后的退火工序。
在处理框403中，使用所述第一掩模在所述半导体层中形成第二区域(举例来说，第二掺杂剂区域305)。在一个实施例中，所述第二区域为轻掺杂的p型区域且一直延伸到传输栅极的边缘。可使用氟化硼以14KeV的植入能量(导致半导体层中的原子浓度为6x1012原子/cm3)或使用硼以4KeV的植入能量(导致半导体层中的原子浓度为6x1012原子/cm3)来形成所述轻掺杂的p型区域。然而，应注意，可使用一系列原子浓度及掺杂剂材料以实现相同或相似的结果。在相同或不同的实施例中，所述第二区域延伸到所述半导体层中的距离不像所述第一区域那么远。
处理框405说明在所述半导体层上形成分隔层(举例来说，分隔层327)。在一个实施例中，所述分隔层安置在所述半导体层之上。所述分隔层中的肩区域沿着所述传输栅极的至少一边缘而安置，且所述肩区域具有比所述分隔层的平面段大的厚度。在一个实施例中，所述分隔层包含光致抗蚀剂。在另一个实施例中，所述分隔层包含氧化物层。
处理框407展示使用第二掩模在所述半导体层中形成所述第三区域(举例来说，第三掺杂剂区域307)。第三区域具有与所述第二区域相同的多数电荷载流子类型但具有更高的掺杂剂浓度。如先前所声明，在形成所述第三掺杂剂区域之前在所述半导体层上形成分隔层。
所揭示的使用所揭示的掺杂剂区域配置来制造图像传感器像素的方法也可为有利的。首先，通过使用掩模323进行掺杂剂区域303的倾斜植入且接着再使用第一掩模323植入掺杂剂区域305，节省了处理步骤。此减少制造所需要的掩模步骤。其次，可使用晶片垂直植入(即，非倾斜植入)来执行所揭示的方法以形成钉扎(pinning)区域(举例来说，掺杂剂区域105及107)，而通常需要两个倾斜植入以在共享像素配置中在光电二极管的上方形成钉扎区域。使用晶片垂直植入减少了由于需要多个倾斜植入以实现共享像素的对称性所需要的植入步骤。第三，与分隔层327组合地使用第二掩模325界定了掺杂剂区域307，因为掺杂剂区域307为自对准的而与掺杂剂区域305相比距传输栅极309更远。所述自对准为分隔层327的已经存在的肩区域具有比分隔层的平面段308大的厚度的结果，且所述更大的厚度防止第三掺杂剂植入物穿过肩区域到半导体层301中。使用分隔层327的肩区域而不是掩模来自对准掺杂剂区域307可使制造免于进行额外处理步骤及/或用以定位区域307使之比掺杂剂区域305距传输栅极309稍远的更准确(及昂贵)的掩模步骤。
在处理框409中处理剩余的装置架构。在一个实施例中，此包含处理附接到控制电路及读出电路的导电互连件。在另一个或相同的实施例中，在所述半导体层的顶部处理电介质隔离层。另外，可在电介质隔离层的顶部处理防反射涂层，使得电介质隔离层安置于半导体层与防反射涂层之间。
在另一个或相同的实施例中，滤光器层可安置在所述半导体层的接收光的一侧上且包含个别滤光器。所述个别滤光器可包含红、绿及蓝色滤光器。所述滤光器可光学耦合到图像传感器像素使得光子从光源发射穿过所述滤光器且进入图像传感器像素中。
在一个实施例中，可在图像传感器像素之间制造钉扎阱。所述钉扎阱可包含安置于半导体层中的p型或n型掺杂区域。所述钉扎阱可使图像传感器像素彼此电隔离以防止串扰。
图5为根据本发明的实施例的包含具有共享浮动扩散区的四个图像传感器像素的共享像素(举例来说，共享像素199)的电路图500。由电路图500所表示的装置利用单一共享的浮动扩散区529以从多个光电二极管接收电荷。电路图500包含四个光电二极管PDA535、PDB545、PDC555及PDD565；四个传输晶体管T1A533、T1b543、T1c553及T1d563；复位晶体管522；源极跟随器晶体管524及行选择晶体管526。
如图5中可看出，第一、第二、第三及第四传输晶体管533、543、553及563中的每一者分别耦合到第一、第二、第三及第四光电二极管PDA535、PDB545、PDC555及PDD565且耦合到浮动扩散节点529。选择性地将第一、第二、第三及第四传输信号TXA531、TXB541、TXC551及TXD561施加到第一、第二、第三及第四传输晶体管533、543、553及563的栅极端子。复位晶体管522耦合在复位电压源VDD与浮动扩散节点529之间。源极跟随器晶体管524及行选择晶体管526串连在电源VDD与读出列512之间。
在一个实施例中，在一个传输周期期间，断言一个传输信号(例如，TXA531)以将电荷从PDA535传输到浮动扩散节点529，而不断言TXB541、TXC551及TXD561。在其它实施例中，可断言到两个或两个以上传输晶体管的两个或两个以上传输信号以同时读出两个或两个以上光电二极管的图像电荷。
在一个实施例中，晶体管T1A533的传输栅极对应于图1A中的传输栅极109。另外，图1A的共享像素199可包含图5的四个光电二极管(PDA535、PDB545、PDC555及PDD565)、四个晶体管(T1A533、T1b543、T1c553及T1d563)及共享浮动扩散区529。
在一个实施例中(未说明)，复位晶体管522、源极跟随器晶体管524及行选择晶体管526经耦合以读出具有总共八个光电二极管(每个共享像素具有四个光电二极管)的两个共享像素199。在那个实施例中，每一共享像素199具有四个光电二极管及一个浮动扩散区，且两个共享像素199的浮动扩散区连结在一起且当选择晶体管526被激活时耦合到复位晶体管522及源极跟随器524以读出到读出列512上。
本发明的实施例可用以读出包含其它共享像素架构(例如，八个共享像素单元或十六个共享像素单元)的图像传感器。针对共享像素单元中的传输晶体管中的每一者，一个传输信号被断言，同时传输电压被施加到剩余非传输的传输晶体管中的一者到所有者中的任何者。
本发明的所说明实施例的上文描述，包含说明书摘要中所描述的内容，不希望为详尽的或将本发明限制于所揭示的精确形式。虽然本文为了说明的目的描述本发明的特定实施例及实例，相关领域的技术人员将认识到，在本发明的范围内多种修改为可能的。
鉴于上文的详细描述，可对本发明做出这些修改。所附权利要求书中所使用的术语不应被解释为将本发明限制于说明书中揭示的特定实施例。实情是，本发明的所述范围将完全由所附权利要求确定，所述权利要求应根据权利要求解释的公认原则来解释。

Claims (21)

1.一种图像传感器像素，其包括：
包含安置于半导体层内的第一掺杂剂区域的光电二极管；
安置在所述第一掺杂剂区域上方且在所述半导体层内的第二掺杂剂区域，其中所述第二掺杂剂区域接触所述第一掺杂剂区域，且其中所述第二掺杂剂区域具有与所述第一掺杂剂区域相反的多数电荷载流子类型；
安置在所述第一掺杂剂区域上方且在所述半导体层内的第三掺杂剂区域，其中所述第三掺杂剂区域接触所述第一掺杂剂区域及所述第二掺杂剂区域，且其中所述第三掺杂剂区域具有与所述第二掺杂剂区域相同的多数电荷载流子类型且具有大于所述第二掺杂剂区域的自由电荷载流子浓度；以及
经定位以传输来自所述光电二极管的光生电荷的传输栅极，其中所述第二掺杂剂区域比所述第三掺杂剂区域延伸得更接近于所述传输栅极的边缘。
2.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述第一掺杂剂区域的横向边界在所述传输栅极之下延伸。
3.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述第二掺杂剂区域在所述传输栅极之下延伸。
4.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其进一步包括安置在所述半导体层之上的分隔层，其中沿着所述传输栅极的至少一个边缘安置所述分隔层中的肩区域，且其中所述肩区域的厚度比所述分隔层的平面段大。
5.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述第一掺杂剂区域含有n型掺杂剂，所述第二掺杂剂区域含有p型掺杂剂，且所述第三掺杂剂区域含有掺杂剂浓度高于所述第二掺杂剂区域的p型掺杂剂。
6.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述第二掺杂剂区域被安置在所述半导体层中的与所述第三掺杂剂区域相同的深度处。
7.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述半导体层被掺杂且其具有与所述第二及第三掺杂剂区域相同的多数电荷载流子类型。
8.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其进一步包括所述半导体层中的共享的浮动扩散区，其中所述共享的浮动扩散区安置在所述传输栅极的与所述第一掺杂剂区域、所述第二掺杂剂区域及所述第三掺杂剂区域相反的侧。
9.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述第二掺杂剂区域安置在分隔层的肩区域之下，且其中所述第三掺杂剂区域未安置在所述肩区域之下，所述第三掺杂剂区域的横向边界在所述肩区域与所述分隔层的平面段的相交处的下方对准。
10.一种制造图像传感器像素的方法，所述方法包括：
形成传输栅极；
使用第一掩模在半导体层中形成第一掺杂剂区域，其中所述第一掺杂剂区域延伸到所述半导体层中的第一深度，且其中所述传输栅极经定位以传输来自所述第一掺杂剂区域的光生电荷；
使用所述第一掩模在所述半导体层中形成第二掺杂剂区域，其中所述第二掺杂剂区域接触所述第一掺杂剂区域且延伸到所述半导体层中的比所述第一深度小的第二深度，且其中所述第二掺杂剂区域具有与所述第一掺杂剂区域相反的多数电荷载流子类型；以及
使用第二掩模在所述半导体层中形成第三掺杂剂区域，其中所述第三掺杂剂区域接触所述第二掺杂剂区域且延伸到所述半导体层中的比所述第一深度小的第三深度，且其中所述第三掺杂剂区域具有与所述第二掺杂剂区域相同的多数电荷载流子类型且具有大于所述第二掺杂剂区域的自由电荷载流子浓度，且其中第二掺杂剂区域比所述第三掺杂剂区域延伸得更接近于所述传输栅极的边缘。
11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括在形成所述第三掺杂剂区域之前在所述半导体层上形成分隔层，其中所述分隔层中的肩区域在传输栅极的边缘处形成，且其中所述肩区域的厚度比所述分隔层的平面段大。
12.根据权利要求11所述的方法，其中形成所述第三掺杂剂区域包含使用垂直于所述半导体层的角度植入，且其中来自所述植入的掺杂剂不植入到所述肩区域之下的所述半导体层中。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二掺杂剂区域在所述传输栅极之下延伸。
14.根据权利要求10所述的方法，其中形成所述第一掺杂剂区域包含倾斜植入。
15.根据权利要求10所述的方法，其中形成所述第二掺杂剂区域包含使用垂直于所述半导体层的角度的植入。
16.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一掺杂剂区域含有n型掺杂剂，所述第二掺杂剂区域含有p型掺杂剂且所述第三掺杂剂区域含有掺杂剂浓度高于所述第二掺杂剂区域的p型掺杂剂。
17.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括在所述半导体层中形成共享的浮动扩散区，其中所述共享的浮动扩散区安置在所述传输栅极的与所述第一掺杂剂区域、所述第二掺杂剂区域及所述第三掺杂剂区域相反的侧上。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述共享的浮动扩散区经定位以从所述图像传感器像素及至少一额外图像传感器像素接收光生电荷。
19.根据权利要求10所述的方法，其中形成多个第一、第二及第三掺杂剂区域以创建多个图像传感器像素。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述多个图像传感器像素被布置到包括图像传感器像素的多行及多列的像素阵列中。
21.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括形成控制电路及读出电路，其中所述控制电路经配置以控制所述图像传感器像素的操作，且所述读出电路经耦合以从所述图像传感器像素接收图像数据。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116454101A (zh) * 2022-01-05 2023-07-18 豪威科技股份有限公司 竖直转移结构

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11212457B2 (en) * 2020-05-28 2021-12-28 Omnivision Technologies, Inc. High dynamic range CMOS image sensor design

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7250647B2 (en) * 2003-07-03 2007-07-31 Micron Technology, Inc. Asymmetrical transistor for imager device
US20070267666A1 (en) * 2006-05-17 2007-11-22 Samsung Electronics Co., Ltd Methods of fabricating image sensors and image sensors fabricated thereby
CN102244084A (zh) * 2010-05-14 2011-11-16 佳能株式会社 固态图像传感器的制造方法
US20110298078A1 (en) * 2010-06-02 2011-12-08 Sony Corporation Method for production of solid-state imaging element, solid-state imaging element, and imaging apparatus
CN104009049A (zh) * 2013-02-25 2014-08-27 全视科技有限公司 包含具有镜像晶体管布局的像素单元的图像传感器

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7148528B2 (en) * 2003-07-02 2006-12-12 Micron Technology, Inc. Pinned photodiode structure and method of formation
KR20150109559A (ko) * 2014-03-20 2015-10-02 주식회사 동부하이텍 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7250647B2 (en) * 2003-07-03 2007-07-31 Micron Technology, Inc. Asymmetrical transistor for imager device
US20070267666A1 (en) * 2006-05-17 2007-11-22 Samsung Electronics Co., Ltd Methods of fabricating image sensors and image sensors fabricated thereby
CN102244084A (zh) * 2010-05-14 2011-11-16 佳能株式会社 固态图像传感器的制造方法
US20110298078A1 (en) * 2010-06-02 2011-12-08 Sony Corporation Method for production of solid-state imaging element, solid-state imaging element, and imaging apparatus
CN104009049A (zh) * 2013-02-25 2014-08-27 全视科技有限公司 包含具有镜像晶体管布局的像素单元的图像传感器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116454101A (zh) * 2022-01-05 2023-07-18 豪威科技股份有限公司 竖直转移结构
TWI858366B (zh) * 2022-01-05 2024-10-11 美商豪威科技股份有限公司 垂直傳輸結構
CN116454101B (zh) * 2022-01-05 2024-10-18 豪威科技股份有限公司 竖直转移结构

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