具有低泄漏电流的图像传感器的浮动扩散部制造技术

本发明专利技术涉及具有低泄漏电流的图像传感器的浮动扩散部。一种图像传感器包含光电二极管、浮动扩散区域、半导体材料的第一经掺杂区域、第二经掺杂区域及第三经掺杂区域以及第一电容器。所述光电二极管安置于所述半导体材料中以响应于入射光而产生图像电荷。所述浮动扩散区域接近于所述光电二极管而安置于所述半导体材料中。所述浮动扩散区域由所述半导体材料的所述第一经掺杂区域至少部分地环绕。所述半导体材料的所述第二经掺杂区域及所述第三经掺杂区域各自具有与所述浮动扩散区域及所述第一经掺杂区域相反的极性。所述浮动扩散区域以及所述第一经掺杂区域的至少一部分横向安置于所述第二经掺杂区域与所述第三经掺杂区域之间。所述第一电容器接近于所述第一经掺杂区域与所述第二经掺杂区域之间的第一界面或接近于所述第一经掺杂区域与所述第三经掺杂区域之间的第二界面而定位。

Floating diffusion part of image sensor with low leakage current

The invention relates to a floating diffusion part of an image sensor with low leakage current. An image sensor includes a photodiode, a floating diffusion region, a first doped region, a second doped region and a third doped region of a semiconductor material, and a first capacitor. The photodiode is arranged in the semiconductor material to generate image charge in response to the incident light. The floating diffusion region is close to the photodiode and is arranged in the semiconductor material. The floating diffusion region is surrounded at least partially by the first doped region of the semiconductor material. The second doped region and the third doped region of the semiconductor material each have polarity opposite to the floating diffusion region and the first doped region. The floating diffusion region and at least a part of the first doped region are horizontally arranged between the second doped region and the third doped region. The first capacitor is positioned close to the first interface between the first doped region and the second doped region or the second interface between the first doped region and the third doped region.

【技术实现步骤摘要】
具有低泄漏电流的图像传感器的浮动扩散部
本专利技术一般来说涉及半导体装置，且特定来说但非排他地，涉及CMOS图像传感器。
技术介绍
图像传感器已变得无所不在。其广泛地用于例如静态相机、蜂窝式电话、摄像机等数字装置中以及医疗、汽车、安全及其它应用中。用于制造图像传感器的技术一直继续快速地进展。举例来说，对较高分辨率及较低电力消耗的需求已促进了这些装置的进一步小型化及集成。典型图像传感器如下操作。来自外部场景的图像光入射于图像传感器上。图像传感器包含多个光敏元件，使得每一光敏元件吸收入射图像光的一部分。包含于图像传感器中的光敏元件(例如光电二极管)各自在吸收图像光后即刻产生图像电荷。所产生的图像电荷量与图像光的强度成比例。所产生的图像电荷可用于产生表示外部场景的图像。然而，随着图像传感器的小型化进展，图像传感器架构内的缺陷变得更加显而易见且可降低图像的图像质量。举例来说，图像传感器的特定区域内的过多电流泄漏可导致高暗电流、传感器噪声、白色像素缺陷等等。这些缺陷可使来自图像传感器的图像质量显著劣化，此可导致经降低合格率及较高生产成本。
技术实现思路
在一个方面中，本申请案针对于一种图像传感器，其包括：光电二极管，其安置于半导体材料中以响应于入射光而产生图像电荷；浮动扩散区域，其接近于所述光电二极管而安置于所述半导体材料中，其中所述浮动扩散区域由所述半导体材料的第一经掺杂区域至少部分地环绕；所述半导体材料的第二经掺杂区域及第三经掺杂区域，其各自具有与所述浮动扩散区域及所述第一经掺杂区域相反的极性，其中所述浮动扩散区域以及所述第一经掺杂区域的至少一部分横向安置于所述第二经掺杂区域与所述第三经掺杂区域之间；及第一电容器，其接近于所述第一经掺杂区域与所述第二经掺杂区域之间的第一界面或接近于所述第一经掺杂区域与所述第三经掺杂区域之间的第二界面而定位。附图说明参考以下各图描述本专利技术的非限制性及非穷尽性实例，其中除非另有规定，否则在所有各个视图中相似参考编号指代相似部件。图1A是根据本专利技术的教示的实例性图像传感器的俯视图解说明。图1B是根据本专利技术的教示的如沿着线A-A′切割的图1A中的图像传感器的横截面图解说明。图1C是根据本专利技术的教示的如沿着线B-B′切割的图1A中的图像传感器的横截面图解说明。图2展示根据本专利技术的教示的可包含图1A到1C的图像传感器的实施例4T单位像素单元的电路图。图3是图解说明根据本专利技术的教示的可包含图1A到1C的图像传感器的成像系统的一个实例的框图。贯穿图式的数个视图，对应参考字符指示对应组件。所属领域的技术人员将了解，图中的元件是为简单及清晰起见而图解说明的，且未必按比例绘制。举例来说，为帮助改进对本专利技术的各种实施例的理解，各图中的元件中的一些元件的尺寸可相对于其它元件而被放大。而且，通常不描绘商业上可行的实施例中有用或必需的常见而众所周知的元件以便促进对本专利技术的这些各种实施例的较不受阻碍的观看。具体实施方式本文中描述用于图像传感器的设备的实例，所述图像传感器包含具有低泄漏电流的浮动扩散部。在以下描述中，陈述众多特定细节以提供对实例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将认识到，本文中所描述的技术可在不具有所述特定细节中的一或多者的情况下实践或者可利用其它方法、组件、材料等来实践。在其它实例中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免使特定方面模糊。在本说明书通篇中对“一个实例”或“一个实施例”的提及意指结合所述实例所描述的特定特征、结构或特性包含于本专利技术的至少一个实例中。因此，在本说明书通篇的各个位置中短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”的出现未必全部指代同一实例。此外，在一或多个实例中可以任何适合方式组合所述特定特征、结构或特性。贯穿本说明书，使用数个技术术语。这些术语将呈现其在其所属领域中的普通含义，除非本文中另外具体定义或其使用的上下文将另外清晰地暗示。应注意，在本文件中，元件名称及符号可互换地使用(例如，Si与硅)；然而，此两者具有相同含义。在一些实施例中，描述包含具有低泄漏电流的浮动扩散区域的图像传感器。最小化或减少图像传感器的浮动扩散区域处或附近的泄漏电流可促进图像质量的提高、合格率的增大及操作寿命的增加。举例来说，浮动扩散区域处或附近的泄漏电流可由于例如高暗电流、白色像素缺陷、低信噪比等等缺点而影响由读出电路从浮动扩散区域读出的信号。举例来说，白色像素缺陷可与来自经受制作期间的机械应力、装置操作期间的电应力或其组合的区域的电流泄漏有关。当图像电荷、图像数据或图像信号在读出之前被存储于浮动扩散区域内达长时间周期(例如0.1毫秒)时，泄漏电流可为尤其显著的问题。因此，利用全局快门架构及/或横向溢出积分电容器的一些图像传感器可能由于其倾向于存储图像电荷达经延长时间周期而易于出现由泄漏电流引起的这些问题。然而，本专利技术的实施例通过利用本文中所描述的图像传感器架构而减轻或减少此类问题。举例来说，这些实施例可允许增加的满阱容量及随之改进的高动态范围。本专利技术的实施例利用具有各种特征的图像传感器架构以形成包含具有低泄漏电流的浮动扩散部的图像传感器。举例来说，在一些实施例中，浮动扩散区域为半导体材料内的N+植入区域。N+植入区域可在半导体材料的至少部分地环绕N+植入区域的NLDD(n型经轻掺杂漏极)区域内具有植入损坏。植入损坏可因制作技术(例如，用以形成N+植入区域的植入)所致且对应于图像传感器的可导致泄漏电流的机械应力或损坏区。在一些实施例中，可通过并入半导体材料的至少部分地环绕NLDD区域的N-经掺杂区域而至少部分地减轻植入损坏的影响。随后，将NLDD区域安置于N-经掺杂区域与N+植入区域之间。N+植入区域、NLDD区域及N-经掺杂区域的所描述配置可导致接近于N+区域的耗尽区域(例如，来自转移晶体管、复位晶体管等等)不延伸到具有植入损坏的区域(例如，NLDD区域)中(且因此可不受所述区域影响)。在相同或其它实施例中，浮动扩散区域由电容器至少部分地环绕，所述电容器经偏置到负电压以屏蔽(例如，半导体材料的)Si表面。负偏置可防止Si表面被耗尽。在一个实施例中，经负偏置电容器(例如，MOS电容器)用于对位于半导体材料的表面附近或所述表面处且接近于浮动扩散区域(例如，N+植入区域)的表面-界面陷阱进行淬火。接近于半导体材料的表面的经陷获位点、悬挂键等等可增加图像传感器的暗电流。可通过电容器而部分地减轻归因于表面-界面陷阱的暗电流的此增加。在一些实施例中，电容器可为金属氧化物半导体(MOS)电容器，其中金属可为多晶硅(多晶Si)、钨(W)等等，氧化物可为例如SiO2(例如，热生长或沉积于半导体材料上)的电介质且半导体可对应于半导体材料的一部分。在一些实施例中，氮化硅(Si3N4)侧壁沉积于作为绝缘体的栅极电极(例如，转移栅极、复位栅极等等)与图像传感器的化学势垒之间的界面处。然而，氮化硅侧壁可导致对半导体材料的额外机械应力，从而导致晶体缺陷及可能经增加泄漏电流。因此，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，其包括：/n光电二极管，其安置于半导体材料中以响应于入射光而产生图像电荷；/n浮动扩散区域，其接近于所述光电二极管而安置于所述半导体材料中，其中所述浮动扩散区域由所述半导体材料的第一经掺杂区域至少部分地环绕；/n所述半导体材料的第二经掺杂区域及第三经掺杂区域，其各自具有与所述浮动扩散区域及所述第一经掺杂区域相反的极性，其中所述浮动扩散区域以及所述第一经掺杂区域的至少一部分横向安置于所述第二经掺杂区域与所述第三经掺杂区域之间；及/n第一电容器，其接近于所述第一经掺杂区域与所述第二经掺杂区域之间的第一界面或接近于所述第一经掺杂区域与所述第三经掺杂区域之间的第二界面而定位。/n

【技术特征摘要】
20180507 US 15/972,3801.一种图像传感器，其包括：
光电二极管，其安置于半导体材料中以响应于入射光而产生图像电荷；
浮动扩散区域，其接近于所述光电二极管而安置于所述半导体材料中，其中所述浮动扩散区域由所述半导体材料的第一经掺杂区域至少部分地环绕；
所述半导体材料的第二经掺杂区域及第三经掺杂区域，其各自具有与所述浮动扩散区域及所述第一经掺杂区域相反的极性，其中所述浮动扩散区域以及所述第一经掺杂区域的至少一部分横向安置于所述第二经掺杂区域与所述第三经掺杂区域之间；及
第一电容器，其接近于所述第一经掺杂区域与所述第二经掺杂区域之间的第一界面或接近于所述第一经掺杂区域与所述第三经掺杂区域之间的第二界面而定位。


2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述浮动扩散区域及所述第一经掺杂区域为n型，且其中所述第二经掺杂区域及所述第三经掺杂区域为p型。


3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一经掺杂区域包含安置于所述浮动扩散区域与所述第一经掺杂区域的第二部分之间的第一部分，其中所述半导体材料的第一掺杂浓度从所述浮动扩散区域到所述第一经掺杂区域的所述第二部分降低。


4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中接近于所述光电二极管的耗尽区域不延伸到所述浮动扩散区域中。


5.根据权利要求3所述的图像传感器，其中所述第二经掺杂区域及所述第三经掺杂区域各自包含由第四部分至少部分地环绕的第三部分，其中所述半导体材料的第二掺杂浓度从所述第三部分到所述第四部分降低。


6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中所述第三部分及所述第四部分分别具有P+及P-的掺杂分布。


7.根据权利要求5所述的图像传感器，其中所述第二经掺杂区域及所述第三经掺杂区域为用以吸收所述半导体材料中的杂质的吸除位点。


8.根据权利要求5所述的图像传感器，其中所述第一电容器接近于所述第一界面而定位，且其中所述第一电容器至少从所述第一经掺杂区域的所述第一部分横向延伸到所述第二经掺杂区域的所述第三部分。


9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中所述第一电容器包含第一介电层及第一电极，其中所述第一介电层安置于所述第一电极与所述第一界面之间。


10.根据权利要求9...

【专利技术属性】
技术研发人员：真锅宗平，圭司马渕，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US