像素单元、图像传感器及制作方法技术

本发明专利技术提供一种像素单元、图像传感器及制作方法，其在光电转换元件之上堆叠设置电荷存储元件及浮置扩散区，增大了所述光电转换元件的面积，提高了所述光电转换元件的满阱容量，进一步提高了成像质量。

Pixel Unit, Image Sensor and Fabrication Method

【技术实现步骤摘要】
像素单元、图像传感器及制作方法
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种像素单元、图像传感器及制作方法。
技术介绍
图像传感器的作用是将光学图像转化为相应的电信号。图像传感器分为互补金属氧化物图像传感器(ComplementaryMetalOxideSemiconductorimagesensor，简称CMOS传感器)和电荷耦合器件图像传感器(Charge-coupledDeviceimagesensor，简称CCD图像传感器)。CCD图像传感器的优点是对图像敏感度较高，噪声小，但是CCD图像传感器与其他器件的集成比较困难，而且CCD图像传感器的功耗较高。相比之下，CMOS图像传感器具有工艺简单、易与其他器件集成、体积小、重量轻、功耗小、成本低等优点。因此CMOS图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、照相手机、数码摄像机、医疗用摄像装置(例如胃镜)、车用摄像装置等。全域快门像素技术是指成像阵列中的所有像素都会同时开始或停止曝光。传统上，全域快门像素技术主要用于CCD图像传感器。由于CMOS图像传感器的不断普及，且由于机器视觉、电影制作、工业、汽车和扫描应用要求必须以高图像品质捕捉快速移动的物体，图像传感器供应商已经致力于克服在CMOS图像传感器上使用全域快门像素技术的相关传统障碍。其中，满阱容量(FullWellCapacity，FWC)是影响CMOS图像传感器成像质量的一个重要参数。图1是现有的一种CMOS图像传感器的结构示意图。请参阅图1，CMOS图像传感器包括一光电二极管10、一存储二极管11及一浮置扩散区12。所述光电二极管10与所述存储二极管11之间可通过一第一传输晶体管TG1导通，所述存储二极管11与所述浮置扩散区12之间可通过一第二传输晶体管TG2导通。其中，所述存储二极管11及所述浮置扩散区12均设置在外延晶圆上，即所述存储二极管11及所述浮置扩散区12与所述光电二极管10在水平方向上并行设置，则在晶圆面积一定的情况下，光电二极管10区域较小，其满阱容量不能满足全域快门像素技术的需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种像素单元、图像传感器及制作方法，其能够提高所述光电转换元件的满阱容量。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种像素单元，其包括：一光电转换元件，用于接收入射光以产生电荷，所述光电转换元件包括一第一区域及一第二区域；一电荷存储元件，设置在所述光电转换元件上方且与所述第一区域对应，所述电荷存储元件与所述光电转换元件绝缘，所述电荷存储元件用于存储所述光电转换元件产生的电荷；一沟道层，至少覆盖所述光电转换元件位于所述第二区域的表面且与所述电荷存储元件接触，用于将所述光电转换元件产生的电荷从所述光电转换元件转移至所述电荷存储元件；一第一转移栅极，设置在所述沟道层上方且与所述沟道层绝缘，所述第一转移栅极至少对应所述第二区域设置，所述第一转移栅极用于控制所述沟道层的开启与关闭；一浮置扩散区，设置在所述电荷存储元件上方且与所述第一转移栅极并行，所述浮置扩散区与所述电荷存储元件及所述第一转移栅极绝缘，所述浮置扩散区用于存储来自电荷存储元件的电荷；以及一第二转移栅极，设置在所述浮置扩散区上方，且与所述浮置扩散区绝缘，所述第二转移栅极用于控制所述电荷存储元件中的电荷转移至所述浮置扩散区。在一实施例中，所述沟道层覆盖所述电荷存储元件，以使所述沟道层与所述电荷存储元件接触，或者所述沟道层与所述电荷存储元件朝向所述光电转换元件的表面接触。在一实施例中，所述第一转移栅极至少部分区域的高度低于所述浮置扩散区的高度。在一实施例中，所述像素单元还包括一第一绝缘层，所述第一绝缘层设置在所述电荷存储元件与所述光电转换元件之间，以使所述电荷存储元件与所述光电转换元件绝缘。在一实施例中，所述像素单元还包括一第二绝缘层，所述第二绝缘层覆盖所述沟道层，以使第一转移栅极与所述沟道层绝缘及所述浮置扩散区与所述沟道层绝缘。在一实施例中，所述像素单元还包括一第三绝缘层，所述第三绝缘层设置在所述第二转移栅极与所述浮置扩散区之间，以使所述第二转移栅极与所述浮置扩散区绝缘。在一实施例中，所述像素单元还包括一绝缘壁，所述绝缘壁设置在所述第一转移栅极与所述浮置扩散区之间，以使所述第一转移栅极与所述浮置扩散区绝缘。在一实施例中，所述像素单元还包括：一层间电介质层，至少覆盖所述第一转移栅极及所述第二转移栅极；一逻辑电路层，形成在层间电介质层上方；以及一连接部，穿过所述层间电介质层，并且分别将第一转移栅极、所述第二转移栅极及所述浮置扩散层电耦接到所述逻辑电路层。本专利技术还提供一种CMOS图像传感器，其包括如上所述的像素单元。本专利技术还提供一种像素单元的制作方法，其包括如下步骤：提供一衬底；在所述衬底中形成一光电转换元件，用于接收入射光以产生电荷，所述光电转换元件包括一第一区域及一第二区域；在所述光电转换元件上形成一电荷存储元件及一沟道层，所述电荷存储元件与所述第一区域对应，且与所述光电转换元件绝缘，用于存储所述光电转换元件产生的电荷，所述沟道层覆盖所述光电转换元件位于所述第二区域的表面且与所述电荷存储元件接触，用于将所述光电转换元件产生的电荷从所述光电转换元件转移至所述电荷存储元件；在所述沟道层及所述电荷存储元件上方形成一第一转移栅极及一浮置扩散区，所述第一转移栅极至少对应所述第二区域设置，且与所述沟道层绝缘，所述第一转移栅极用于控制所述沟道层的开启与关闭，所述浮置扩散区与所述电荷存储元件对应且与所述第一转移栅极并行，所述浮置扩散区与所述电荷存储元件及所述第一转移栅极绝缘，所述浮置扩散区用于存储电荷存储元件存储的电荷；以及在所述浮置扩散区上方形成一第二转移栅极，且所述第二转移栅极与所述浮置扩散区绝缘，所述第二转移栅极用于控制所述电荷存储元件中的电荷转移至所述浮置扩散区。在一实施例中，在所述光电转换元件上形成所述电荷存储元件及所述沟道层的步骤进一步包括如下步骤：在所述光电转换元件上形成所述电荷存储元件，所述电荷存储元件与所述第一区域对应，且与所述光电转换元件绝缘；在所述光电转换元件位于所述第二区域的表面及所述电荷存储元件上形成所述沟道层。在一实施例中，在所述光电转换元件上形成所述电荷存储元件及所述沟道层的步骤进一步包括如下步骤：在所述光电转换元件上形成所述沟道层，所述沟道层覆盖所述光电转换元件位于所述第一区域及所述第二区域的表面，且在所述第一区域，所述沟道层与所述光电转换元件绝缘；在所述沟道层上形成所述电荷存储元件，所述电荷存储元件与所述光电转换元件的第一区域对应。在一实施例中，在所述沟道层及所述电荷存储元件上方形成所述第一转移栅极及所述浮置扩散区的步骤进一步包括：在所述沟道层及所述电荷存储元件上方形成一第一栅极层；在所述第一栅极层上形成一绝缘层；在所述绝缘层上形成一第二栅极层；图形化所述第二栅极层、所述绝缘层及所述第一栅极层，将所述第一栅极层、所述绝缘层及所述第二栅极层分为第一部分及第二部分，所述第二部分对应所述电荷存储元件，所述第二部分至少对应所述第二区域；向所述第一部分及所述第二部分之间填充隔离物，形成隔离壁，以使所述栅极层的所述第一部分与所述第二部分绝缘，所述第一栅极层位于所述第一部分的区域为浮置扩散区，所述第二栅极层位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种像素单元，其特征在于，包括：一光电转换元件，包括一第一区域及一第二区域；一电荷存储元件，设置在所述光电转换元件上方且与所述第一区域对应，所述电荷存储元件与所述光电转换元件绝缘；一沟道层，至少覆盖所述光电转换元件位于所述第二区域的表面且与所述电荷存储元件接触；一第一转移栅极，设置在所述沟道层上方且与所述沟道层绝缘，所述第一转移栅极至少对应所述第二区域设置；一浮置扩散区，设置在所述电荷存储元件上方且与所述第一转移栅极并行，所述浮置扩散区与所述电荷存储元件及所述第一转移栅极绝缘；以及一第二转移栅极，设置在所述浮置扩散区上方，且与所述浮置扩散区绝缘，所述第二转移栅极用于控制所述电荷存储元件中的电荷转移至所述浮置扩散区。

【技术特征摘要】
1.一种像素单元，其特征在于，包括：一光电转换元件，包括一第一区域及一第二区域；一电荷存储元件，设置在所述光电转换元件上方且与所述第一区域对应，所述电荷存储元件与所述光电转换元件绝缘；一沟道层，至少覆盖所述光电转换元件位于所述第二区域的表面且与所述电荷存储元件接触；一第一转移栅极，设置在所述沟道层上方且与所述沟道层绝缘，所述第一转移栅极至少对应所述第二区域设置；一浮置扩散区，设置在所述电荷存储元件上方且与所述第一转移栅极并行，所述浮置扩散区与所述电荷存储元件及所述第一转移栅极绝缘；以及一第二转移栅极，设置在所述浮置扩散区上方，且与所述浮置扩散区绝缘，所述第二转移栅极用于控制所述电荷存储元件中的电荷转移至所述浮置扩散区。2.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述沟道层覆盖所述电荷存储元件，以使所述沟道层与所述电荷存储元件接触，或者所述沟道层与所述电荷存储元件朝向所述光电转换元件的表面接触。3.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述第一转移栅极至少部分区域的高度低于所述浮置扩散区的高度。4.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述像素单元还包括一第一绝缘层，所述第一绝缘层设置在所述电荷存储元件与所述光电转换元件之间。5.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述像素单元还包括一第二绝缘层，所述第二绝缘层覆盖所述沟道层。6.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述像素单元还包括一第三绝缘层，所述第三绝缘层设置在所述第二转移栅极与所述浮置扩散区之间。7.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述像素单元还包括一绝缘壁，所述绝缘壁设置在所述第一转移栅极与所述浮置扩散区之间。8.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述像素单元还包括：一层间电介质层，至少覆盖所述第一转移栅极及所述第二转移栅极；一逻辑电路层，形成在层间电介质层上方；以及一连接部，穿过所述层间电介质层，并且分别将第一转移栅极、所述第二转移栅极及所述浮置扩散层电耦接到所述逻辑电路层。9.一种CMOS图像传感器，其特征在于，包括如权利要求1～8任意一项所述的像素单元。10.一种像素单元的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：提供一衬底；在所述衬底中形成一光电转换元件，所述光电转换元件包括一第一区域及一第二区域；在所述光电转换元件上形成一电荷存储元件及一沟道层，所述电荷存储元件与所述第一区域对应，且与所述光电转换元件绝缘，所述沟道层覆盖所述光电转换元件位于所述第二区域的表面且与所述电荷存储元件接触；在所述沟道层及所述电荷存储元件上方形成一第一转移栅极及一浮置扩散区，所述第一转移栅极至少对应所述第二区域设置，且与所述沟道层绝缘，所述浮置扩散区与所述电荷存储元件对应且与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭振，内藤達也，
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