像素单元及其制造方法、图像传感器以及成像装置制造方法及图纸

本公开涉及像素单元及其制造方法、图像传感器以及成像装置。一种像素单元，包括：衬底，具有在所述衬底的表面中的凹陷，其中所述凹陷的底表面包括至少两个部分，所述至少两个部分中彼此相邻的两个部分距所述衬底的所述表面的距离不同；在所述衬底中的感光元件；与所述感光元件电连接的晶体管，所述晶体管包括：在所述衬底的凹陷中的栅极绝缘层，所述栅极绝缘层覆盖所述凹陷的底表面；在所述衬底中的沟道形成区，所述沟道形成区在所述凹陷的底表面下方；以及栅极，所述栅极的至少一部分在所述凹陷中并且在所述凹陷的底表面之上。

Pixel cell and its manufacturing method, image sensor and imaging device

The present disclosure relates to a pixel unit and its manufacturing method, an image sensor and an imaging device. A pixel unit includes: a substrate having a depression in the surface of the substrate, wherein the bottom surface of the depression comprises at least two parts, two adjacent parts of the at least two parts having different distances from the said surface of the substrate, a photosensitive element in the substrate, and a transistor electrically connected with the photosensitive element, the transistor comprising: The grid insulating layer in the sag of the substrate covers the bottom surface of the sag, the channel forming area in the substrate below the bottom surface of the sag, and the gate, at least part of the gate in the sag and above the bottom surface of the sag.

【技术实现步骤摘要】
像素单元及其制造方法、图像传感器以及成像装置
本公开涉及像素单元及其制造方法、图像传感器以及成像装置。
技术介绍
近年来，CMOS图像传感器(CIS)得到迅速发展。但是，在成像视场中存在亮度较高的点光源或亮区域时或者图像传感器被长时间曝光时，在CIS中会出现Blooming(光晕)效应。这是由于CIS传感器像素在受到强光照射时，亮点区域像素获得的光照过强，像素中的感光元件(例如，光电二极管)在强光下产生的光电子数超过电荷存储元件可以存储的最大电子数而溢出，溢出的电子将沿行或列方向进入相邻像素，使得图像出现Blooming(光晕)现象。这会成像清晰度明显下降，严重影响成像的质量，造成信息丢失。因此，需要改进的像素单元及其制造方法、图像传感器以及成像装置。
技术实现思路
根据本公开的一个方面，提供了一种像素单元，包括：衬底，具有在所述衬底的表面中的凹陷，其中所述凹陷的底表面包括至少两个部分，所述至少两个部分中彼此相邻的两个部分距所述衬底的所述表面的距离不同；在所述衬底中的感光元件；与所述感光元件电连接的晶体管，所述晶体管包括：在所述衬底的凹陷中的栅极绝缘层，所述栅极绝缘层覆盖所述凹陷的底表面；在所述衬底中的沟道形成区，所述沟道形成区在所述凹陷的底表面下方；以及栅极，所述栅极的至少一部分在所述凹陷中并且在所述凹陷的底表面之上。在一个实施例中，所述感光元件的至少一部分作为所述晶体管的源极和漏极中的一个；所述晶体管还包括在所述衬底中的掺杂区，作为所述源极和漏极中的另一个；所述沟道形成区的两端分别与所述感光元件的所述至少一部分和所述掺杂区邻接。在一个实施例中，所述至少两个部分包括第一部分和第二部分，所述第二部分比所述第一部分更远离所述感光元件，所述第二部分比所述第一部分更远离所述衬底的所述表面，并且所述栅极绝缘层覆盖所述底表面的所述至少两个部分。在一个实施例中，所述凹陷的底表面还包括：一个或多个侧壁，每个侧壁在所述至少两个部分中的彼此相邻的两个部分之间，其中，所述栅极绝缘层还覆盖所述一个或多个侧壁。在一个实施例中，所述至少两个部分还包括第三部分，所述第三部分比所述第一部分和第二部分更远离所述衬底的所述表面，并且所述第三部分比所述第一部分和第二部分更远离所述感光元件。在一个实施例中，所述掺杂区连接到高电位。在一个实施例中，所述掺杂区为浮置扩散区。在一个实施例中，所述晶体管还包括：在所述凹陷的侧壁处并且在所述栅极和所述衬底之间的侧壁绝缘层。在一个实施例中，所述像素单元还包括：在所述凹陷的侧壁处并且在所述栅极和所述衬底之间的侧壁绝缘层，其中所述侧壁绝缘层包括在所述感光元件和所述栅极之间的部分，以及在所述掺杂区和所述栅极之间的部分。在一个实施例中，所述像素单元还包括：传输晶体管，电连接到所述感光元件；以及电荷存储元件，电连接到所述传输晶体管，用于存储通过传输晶体管传输的来自所述感光元件的光电荷，其中，所述感光元件的至少一部分作为所述传输晶体管的源极和漏极中的一个。在一个实施例中，所述像素单元是有源像素传感器像素。根据本公开的一个方面，提供了一种成像装置，包括图像传感器，所述图像传感器包括根据任意实施例所述的像素单元。根据本公开的一个方面，提供了一种制造像素单元的方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底的表面中形成凹陷，所述凹陷的底表面包括至少两个部分，所述至少两个部分中彼此相邻的两个部分距所述衬底的所述表面的距离不同；在所述凹陷的底表面处形成用于晶体管的栅极绝缘层，并在所述凹陷的侧表面处形成侧壁绝缘层；以及形成所述晶体管的栅极，所述栅极的至少一部分在所述凹陷中且在所述栅极绝缘层之上。在一个实施例中，所述衬底包括在所述衬底中的感光元件，所述感光元件的至少一部分作为所述晶体管的源极和漏极中的一个。在一个实施例中，所述方法还包括：在所述衬底中形成感光元件，所述感光元件的至少一部分作为所述晶体管的源极和漏极中的一个。在一个实施例中，所述方法还包括：在所述衬底中形成掺杂区，所述掺杂区作为所述源极和漏极中的另一个；其中所述晶体管的沟道形成区的两端分别与所述感光元件的所述至少一部分和所述掺杂区邻接。在一个实施例中，在所述半导体衬底的表面中形成凹陷包括：利用图案化的掩模，蚀刻所述衬底以形成所述凹陷的第一部分；以及利用图案化的掩模，蚀刻所述衬底以形成所述凹陷的第二部分，从而所述凹陷的底表面的所述至少两个部分包括第一部分和第二部分，所述底表面的第二部分比所述底表面的第一部分更远离所述感光元件，所述底表面的第二部分比所述底表面的第一部分更远离所述衬底的所述表面，并且所述栅极绝缘层覆盖所述底表面的所述至少两个部分。在一个实施例中，在所述半导体衬底的表面中形成凹陷还包括：利用图案化的掩模，蚀刻所述衬底以形成所述凹陷的第三部分，其中，所述至少两个部分还包括第三部分，所述第三部分比所述第一部分和第二部分更远离所述衬底的所述表面，并且所述第三部分比所述第一部分和第二部分更远离所述感光元件。在一个实施例中，所述凹陷的底表面还包括：一个或多个侧壁，每个侧壁在所述至少两个部分中的彼此相邻的两个部分之间，其中，所述栅极绝缘层还覆盖所述一个或多个侧壁。在一个实施例中，在所述凹陷的底表面处形成用于晶体管的栅极绝缘层并在所述凹陷的侧表面处形成侧壁绝缘层包括：在形成了所述凹陷的衬底上沉积绝缘材料层，以至少覆盖所述凹陷的底表面和侧表面；以及选择性地去除所述绝缘材料层，以保留所述绝缘材料层在所述凹陷中的部分。在一个实施例中，在所述凹陷的底表面处形成用于晶体管的栅极绝缘层并在所述凹陷的侧表面处形成侧壁绝缘层包括：对形成了所述凹陷的衬底进行氧化处理，以形成绝缘材料层；以及选择性地去除所述绝缘材料层，以保留在所述凹陷中的形成的所述绝缘材料层的部分。在一个实施例中，形成所述晶体管的栅极包括：在形成了所述栅极绝缘层的衬底上沉积栅极材料层；以及选择性地去除所述栅极材料层，以保留所述栅极材料层在所述凹陷中的部分。在一个实施例中，所述像素单元是有源像素传感器(APS)像素。通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：图1示出一种包含五晶体管(5T)的像素单元的示意性电路图；图2示出了根据现有技术的5T像素单元中的溢出(overflow)晶体管的示意性截面图；图3示出对于根据现有技术的溢出晶体管的电势图示；图4A示出了根据本公开一个实施例的像素单元的部分示意性截面图；图4B示出了根据本公开另一个实施例的像素单元的部分示意性截面图；图5示出根据本公开一个实施例的像素单元的制造方法的示例流程图；图6A-6I分别示出根据本公开一个实施例的像素单元的制造工艺的一些步骤的示意性截面图；图7A-7F示出了根据本公开另一个实施例的像素单元的制造工艺的一些步骤的示意性截面图；图8示出了根据本公开一个实施例的成像装置的示意框图；图9示出了根据本公开实施例的像素单元的电势图示。注意，在以下说明的实施例中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种像素单元，其特征在于，包括：衬底，具有在所述衬底的表面中的凹陷，其中所述凹陷的底表面包括至少两个部分，所述至少两个部分中彼此相邻的两个部分距所述衬底的所述表面的距离不同；在所述衬底中的感光元件；与所述感光元件电连接的晶体管，所述晶体管包括：在所述衬底的凹陷中的栅极绝缘层，所述栅极绝缘层覆盖所述凹陷的底表面；在所述衬底中的沟道形成区，所述沟道形成区在所述凹陷的底表面下方；以及栅极，所述栅极的至少一部分在所述凹陷中并且在所述凹陷的底表面之上。

【技术特征摘要】
1.一种像素单元，其特征在于，包括：衬底，具有在所述衬底的表面中的凹陷，其中所述凹陷的底表面包括至少两个部分，所述至少两个部分中彼此相邻的两个部分距所述衬底的所述表面的距离不同；在所述衬底中的感光元件；与所述感光元件电连接的晶体管，所述晶体管包括：在所述衬底的凹陷中的栅极绝缘层，所述栅极绝缘层覆盖所述凹陷的底表面；在所述衬底中的沟道形成区，所述沟道形成区在所述凹陷的底表面下方；以及栅极，所述栅极的至少一部分在所述凹陷中并且在所述凹陷的底表面之上。2.如权利要求1所述的像素单元，其特征在于，其中：所述感光元件的至少一部分作为所述晶体管的源极和漏极中的一个；所述晶体管还包括在所述衬底中的掺杂区，作为所述源极和漏极中的另一个；所述沟道形成区的两端分别与所述感光元件的所述至少一部分和所述掺杂区邻接。3.如权利要求1所述的像素单元，其特征在于，其中：所述至少两个部分包括第一部分和第二部分，所述第二部分比所述第一部分更远离所述感光元件，所述第二部分比所述第一部分更远离所述衬底的所述表面，并且所述栅极绝缘层覆盖所述底表面的所述至少两个部分。4.如权利要求1所述的像素单元，其特征在于，其中所述凹陷的底表面还包括：一个或多个侧壁，每个侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤茂亮，夏春秋，王阳阳，刘少东，
申请(专利权)人：德淮半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32