用于图像传感器的光敏电容器像素制造技术

本申请案涉及用于图像传感器的光敏电容器像素。揭示一种图像传感器像素及图像传感器以及制造图像传感器像素及图像传感器的方法。所述图像像素包含光敏电容器及晶体管网络。所述光敏电容器包含电极、导电层、电介质层以及光敏半导体材料。所述导电层被安置在所述电极周围，且所述电介质层形成于所述导电层与所述电极之间。所述光敏半导体材料是用于响应于图像光产生图像信号且被安置于所述电介质层与所述电极之间。所述晶体管网络经耦合以从所述光敏电容器的所述电极读出所述图像信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及图像感测，且更特定来说涉及作为图像传感器内的像素的光敏电容器。
技术介绍
图像传感器是一种将光(呈光学图像的形式)转换成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”)或使用互补金属氧化物半导体(“CMOS”)技术制造的有源像素传感器。在许多现代电子装置中CMOS图像传感器已经变得无处不在。手机、膝上型计算机及相机都可利用CMOS图像传感器作为主要的图像/光检测方法。装置制造者正努力减小成本及提高图像传感器的性能以满足零售及商业需求。现有CMOS图像传感器制造与标准CMOS制造过程不同，其给制造图像传感器添加了额外的步骤、时间及成本。
技术实现思路
本专利技术一方面涉及一种图像传感器像素，其包括：光敏电容器，其包括：沿着轴延伸的电极；安置在所述电极周围的导电层；电介质层，其形成于所述导电层与所述电极之间使得所述导电层不接触所述电极；以及光敏半导体材料，其用于响应于图像光产生图像信号，其中所述光敏半导体材料安置于所述电介质层与所述电极之间；以及晶体管网络，其经耦合以从所述光敏电容器的所述电极读出所述图像信号。在本专利技术的另一方面，一种图像传感器包括：具有前侧及背侧的半导体衬底层；沿着所述半导体衬底层的所述前侧耦合的互连层；用于捕获图像的像素阵列，其中所述像素阵列中的每一像素包含晶体管网络及光敏电容器，且其中沿着所述半导体衬底层的所述前侧安置所述晶体管网络，且所述光敏电容器安置于所述互连层内且经定位以成为前侧照明的，所述光敏电容器包括：沿着轴延伸的电极，导电层安置在所述电极的周围；形成于所述导电层与所述电极之间的电介质层；以及光敏半导体材料，其用于响应于图像光产生图像信号，其中所述光敏半导体材料安置于所述电介质层与所述电极之间，所
述晶体管网络经耦合以从所述光敏电容器的所述电极读出所述图像信号。在本专利技术的另一方面，一种制造用于图像传感器的像素阵列的方法包括：沿着半导体衬底的前侧在所述半导体衬底层中形成晶体管网络；针对所述像素阵列中的每个像素形成接触元件，其中每一接触元件电耦合到所述晶体管网络内的晶体管；在所述半导体衬底层的所述前侧上方形成互连层，其中所述互连层是用于协助控制所述晶体管网络，且其中所述互连层包含覆盖所述接触元件的电介质；在所述互连层中形成腔，其中在所述接触元件上方形成所述腔；沿着所述腔的腔壁形成导电层；在所述腔内的所述导电层上方形成电介质层；在所述腔内且在所述电介质层上方沉积光敏半导体材料；在所述接触元件上方形成电极腔，其中所述电极腔延伸到所述接触元件；运用导电材料至少局部填充所述电极腔以形成电极，其中所述电极、所述导电层及所述光敏半导体材料形成光敏电容器，所述光敏电容器经配置以响应于图像光而改变由所述接触元件接收的图像信号。附图说明参考以下图式描述本专利技术的非限制及非详尽实施例，其中贯穿各种视图相似的元件符号指代相似部件，除非另有说明。图1为示意性说明根据本专利技术的实施例的成像系统的一个实例的框图，所述成像系统包含像素阵列，所述像素阵列包含光敏电容器像素。图2说明根据本专利技术的实施例的包含于像素中的光敏电容器的一个实例。图3A到3I展示根据本专利技术的实施例的用于制造光敏电容器像素的实例过程。图4说明根据本专利技术的实施例的耦合到包含于像素中的晶体管的栅极的光敏电容器的一个实例。图5展示在像素中使用低温多晶硅及透明电极的现有方法的示意模型。图6说明根据本专利技术的实施例的包含光敏电容器的像素的示意模型。图7A到B说明根据本专利技术的实施例的包含耦合到像素的晶体管的栅极的光敏电容器的像素的示意模型。图7C说明根据本专利技术的实施例的用于操作图7A中说明的像素的实例时序图。具体实施方式本文中描述图像传感器像素及包含光敏电容器的图像传感器的实施例。在本专利技术中还描述制造及操作包含光敏电容器的像素的方法。在以下描述中，陈述众多特定细节以
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，可无需运用所述特定细节中的一或多者或运用其它方法、组件、材料等等而实践本文中描述的技术。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”的参考意味着与所述实施例相结合而描述的特定特征、结构或特性包含于本专利技术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例如“在一个实施例中”或“在实施例中”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的方式组合。图1为示意性说明根据本专利技术的实施例的成像系统100的一个实例的框图，成像系统100包含光敏电容器像素的像素阵列102。成像系统100包含像素阵列102、控制电路108、读出电路104及功能逻辑106。如所描绘的实例中展示，成像系统100包含耦合到控制电路108的像素阵列102及读出电路104。读出电路104耦合到功能逻辑106。控制电路108耦合到像素阵列102以控制像素阵列102的操作特性以便捕获通过由像素阵列102接收的图像光产生的图像。举例来说，控制电路108可产生用于控制图像采集的一快门信号或多个快门信号。在一个实例中，像素阵列102为图像传感器或像素110(举例来说，像素P1、P2……Pn)的二维(2D)阵列。在一个实例中，每一像素110包含光敏电容器，其耦合到晶体管以协助读出。如说明，每一像素110被布置成行(举例来说，行R1到Ry)及列(举例来说，列C1到Cx)以采集个人、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个人、位置、物体等等的图像。在一个实例中，在每一像素110已采集其图像数据或图像电荷之后，接着由读出电路104通过读出列112读出图像数据且将其转移到功能逻辑106。在各种实例中，读出电路104可包含放大电路、模/数(ADC)转换电路或其它。功能逻辑106可简单存储图像数据或甚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104可沿着读出列线一次读出一行图像数据(已说明)，或可使用例如串行读出或同时全并行读出所有像素的多种其它技术(未说明)来读出所述图像数据。图2说明根据本专利技术的实施例的包含于像素210中的光敏电容器230的实例的横截面。像素210为像素110的一个实例。像素210包含光敏电容器230，光敏电容器230包含电极235、导电层233、电介质层232及光敏半导体材料231。电极235用作光敏电容器230的一个导体或“板”，且导电层233用作光敏电容器230的第二导体或“板”。在一个实施例中，导电层233成形为像一根管。电介质层232使导电层233从光敏半导
体材料231隔离，光敏半导体材料231安置于电极235与电介质层232之间。在一个实施例中，光敏半导体材料231包含低温多晶硅。在一个实施例中，光敏半导体材料231包含非晶多晶硅。非晶多晶硅通常阻断大于650nm的波长。使用非晶多晶硅作为光敏半导体材料231可能允许消除像素410上方的红外滤波器以拒绝非可见光谱以上的光。导电层233可为金属，例如氮化钛(“TiN”)或氮化钽(“TaN”)。在操作上，光敏半导体材料231沿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器像素，其包括：光敏电容器，其包括：沿着轴延伸的电极；安置在所述电极周围的导电层；电介质层，其形成于所述导电层与所述电极之间使得所述导电层不接触所述电极；以及光敏半导体材料，其用于响应于图像光产生图像信号，其中所述光敏半导体材料安置于所述电介质层与所述电极之间；以及晶体管网络，其经耦合以从所述光敏电容器的所述电极读出所述图像信号。

【技术特征摘要】
2015.03.19 US 14/662,6551.一种图像传感器像素，其包括：光敏电容器，其包括：沿着轴延伸的电极；安置在所述电极周围的导电层；电介质层，其形成于所述导电层与所述电极之间使得所述导电层不接触所述电极；以及光敏半导体材料，其用于响应于图像光产生图像信号，其中所述光敏半导体材料安置于所述电介质层与所述电极之间；以及晶体管网络，其经耦合以从所述光敏电容器的所述电极读出所述图像信号。2.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述晶体管网络包含具有浮动扩散的转移晶体管及耦合到所述光敏电容器的所述电极的电荷存储节点，其中当所述转移晶体管被激活时所述转移晶体管将由所述图像信号产生的图像电荷从所述电荷存储节点转移到所述浮动扩散。3.根据权利要求2所述的图像传感器像素，其中所述电极包含高度掺杂的多晶硅，且其中以与所述高度掺杂的多晶硅相同的掺杂极性轻度掺杂所述电荷存储节点。4.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述晶体管网络包含具有耦合到所述光敏电容器的所述电极的栅极的源极跟随器晶体管，其中所述源极跟随器晶体管响应于所述电极上的所述图像信号产生放大的图像信号，且其中所述晶体管网络进一步包含经耦合以将所述放大的图像信号转移到读出线的行选择晶体管。5.根据权利要求4所述的图像传感器像素，其中所述晶体管网络进一步包含复位晶体管，所述复位晶体管经耦合以当所述复位晶体管被激活时复位所述源极跟随器晶体管的所述栅极。6.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述导电层同轴地缠绕在所述电极周围。7.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述电介质层符合所述导电层的形状。8.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述电介质层为高K电介质层。9.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述电介质层包含负电荷层以诱导所述电介质层与所述光敏半导体材料的界面处的耗尽区。10.根据权利要求9所述的图像传感器像素，其中所述负电荷层包含铪铝氧化物。11.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述导电层对所述图像光为反射的。12.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中所述导电层形成截锥，且其中所述截锥的宽端经定位以接收所述图像光，所述宽端相对所述截锥的较窄端安置。13.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其中在具有增大的掺杂浓度的梯度下在沿着所述电介质层安置的所述光敏半导体材料的外部部分中掺杂所述光敏半导体材料。14.一种图像传感器，其包括：具有前侧及背侧的半导体衬底层；沿着所述半导体衬底层的所述前侧耦合的互连层；用于捕获图像的像素阵列，其中所述像素阵列中的每一像素包含晶体管网络及光敏电容器，且其中沿着所述半导体衬底层的所述前侧安置所述晶体管网络，且所述光敏电容器安置于所述互连层内且经定位以成为前侧照明的，所述光敏电容器包括：沿着轴延伸的电极，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨武璋，刘家颖，熊志伟，艾群咏，戴森·H·戴，多米尼克·马塞提，
申请(专利权)人：全视科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US