具有抗模糊隔离的彩色像素和形成方法技术

在第一像素传感器单元（１８８）的至少一部分和第二像素单元（１８８ａ）的至少一部分下方形成具有第一导电类型的植入区（１００），以限制光电二极管收集／耗尽区的深度并限制像素的彩色响应。为了进一步减少邻近像素之间的串扰和减少模糊，在衬底中和在具有所述第一导电类型的停止植入区下方形成具有第二导电类型的抗模糊隔离区（２００）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体装置的领域，且特定来说涉及具有抗模糊结构的高量子效率 CMOS图像传感器。
技术介绍
成像器通常由含有光电传感器的像素单元阵列组成，其中每一像素产生对应于当图 像聚焦于阵列上时照射在所述元件上的光的强度的信号。接着可存储这些信号以(例如) 在监视器上显示相应的图像，或另外用于提供关于光学图像的信息。光电传感器通常是 光电晶体管、光电导体、光电门或光电二极管。因此每一像素产生的信号的量级与照射 在光电传感器上的光的量成比例。为了允许光电传感器捕捉彩色图像，光电传感器必须能够分离地检测红(R)光子、 绿(G)光子和蓝(B)光子。因此，每一像素必须仅对一种颜色或光谱带敏感。为此， 通常将滤色器阵列(CFA)放置在像素前方，使得每一像素测量其相关联的滤色器的颜 色的光。彩色成像需要三种像素单元来形成单一彩色像素。举例来说，为了方便，在图l中 将常规彩色像素传感器50说明为线性布局，其包含在半导体衬底16上通过隔离区19 间隔开的红有效像素传感器单元52、蓝有效像素传感器单元54和绿有效像素传感器单 元56。红、蓝和绿有效像素传感器单元52、 54、 56中的每一者具有各自的红、蓝和绿 滤色器53、 55、 57，所述滤色器分别仅允许红、蓝和绿光子通过。实际上，彩色像素通 常排列成行和列的Bayer图案像素阵列，其中 一行是交替的绿和蓝像素，且另一行是交 替的红和绿像素。下文提供红、蓝和绿有效像素传感器单元52、 54、 56中的每一者的结构和功能元 件的简要描述。像素传感器单元52、 54、 56中的每一者部分展示为半导体衬底16的横 截面图，半导体衬底16可为提供于p型衬底51上且具有p型材料阱20的p型硅外延 层16。n+型区26形成为作为上方具有p型层53的光电二极管而形成的光电传感器的一 部分，且从p阱20横向移置。转移栅极28形成在n+型区26与形成于p阱20中的第二 n+型区30之间。n+区26和30以及转移栅极28形成由转移信号TX控制的电荷转移晶 体管29。 n+区30通常称为浮动扩散区。n+区30也是用于接收来自n+型区26的电荷以及用于将在该处聚集的电荷传递到下文描述的源极跟随器晶体管36的栅极的存储节点。 重设栅极32也形成在n+型区30与另一 n+区34附近及之间，n+区34也形成于p 阱20中。重设栅极32以及n+区30和34形成由重设信号RST控制的重设晶体管31。 n+型区34耦合到电压源Vaapix。转移和重设晶体管29、 31是在p阱中的CMOS成像器 电路的此实施方案中描述的n沟道晶体管。如此项技术中已知，也可能在n阱中实施 CMOS成像器，在此情况下每一晶体管将是p沟道晶体管。还应注意，尽管图l展示转 移栅极28和相关联的晶体管29的使用，但并不要求此结构。像素传感器单元52、 54、 56中的每一者还包含两个额外的n沟道晶体管一一源极 跟随器晶体管36和行选择晶体管38。晶体管36、 38以源极到漏极形式串联耦合，其中 晶体管36的源极还耦合到电压源Vaap,x，且晶体管38的漏极耦合到列线39。行选择晶 体管38的漏极经由导体连接到用于给定像素列中其它像素的类似的行选择晶体管的漏 极。因此，红、蓝和绿有效像素传感器单元52、 54、 56以类似方式操作，只是红、蓝 和绿有效像素传感器单元52、 54、 56中每一者所提供的信息分别受到红、蓝和绿光的 强度的限制。使用例如图1的彩色像素传感器50的彩色像素传感器的缺点之一在于，例如在蓝 像素传感器单元54中的少数载流子比形成于红和绿像素传感器单元52、 56中的少数载 流子实质上更可能在重组过程中丢失。重组速率的差异归因于蓝光子的相对较浅的穿透 深度、n+区30中存在的高于衬底16中的主要载流子浓度，以及结的深度。举例来说， 即使CMOS光电二极管中蓝光子的平均穿透大约是0.2微米，大量蓝光子仍不能穿透超 过0.1微米结。由此，大量的这些光子在重组过程中丢失，且蓝单元响应保持实质上低 于红单元和绿单元响应。通常与光电二极管相关联的另一问题是模糊的问题。即，在照明下，电子可填满n 型区26。在饱和光条件下，n型区26可完全被电子填充，且电子随后将使邻近的像素 模糊。模糊是不合需要的，因为其可导致(例如)图像上存在亮点。现有技术中已部分解决了彩色光电传感器的上述缺点。举例来说，颁予Rhodes等人的题为Method of Forming Well for CMOS Imagers的第10/648,378号美国申请案(2003年8月27日申请)描述了形成对像素传感器单元的光电二极管区完全掩蔽的阱区，因此改进了光电二极管与晶体管栅极之间的电荷转移。颁予Rhodes等人的题为ImageSensor for reduced Dark Current的第10/740,599号美国申请案(2003年12月22日申请)通过验证外围侧壁形成于下伏在像素阵列区下的衬底区中以使像素阵列区与图像传感器的外围电路区分离，从而解决了减少暗电流的问题。2005年4月12日颁予Rhodes等人的第6,878,568号美国专利教示了形成于像素传感器单元的晶体管阵列下方且邻近 于光电二极管的电荷收集区的深植入区。需要一种用于成像器中的改进的像素传感器单元，其展现出以下特性改进颜色分 离、减少串扰和模糊以及增加光电二极管电容。还需要一种制造展现这些改进的像素传 感器单元的方法。
技术实现思路
在一个方面中，本专利技术提供多个形成于成像器的各自光电传感器下方的具有第一导 电类型的植入区。在第一颜色光电传感器的至少一部分下方形成第一植入区，以限制衬 底中用于第一颜色光电传感器的第一收集/耗尽的深度。在第二颜色光电传感器的至少一 部分下方形成第二植入区，以限制衬底中用于第二颜色光电传感器的第二收集/耗尽的深 度。在示范性实施例中，第一和第二颜色光电传感器分别是蓝和绿，且用于每一者的植 入处于不同深度。为了进一步减少邻近像素之间的串扰和减少模糊，在衬底中和在具有所述第一导电类型的多个植入区下方形成具有第二导电类型的抗模糊区。在另一方面中，本专利技术提供一种形成具有上述植入区和/或抗模糊区的像素的方法。 从结合附图以及所说明的本专利技术示范性实施例提供的以下具体实施方式中，将更加了解本专利技术的这些和其它特征与优点。附图说明图1是示范性常规CMOS图像传感器像素的横截面图。图2是说明根据本专利技术第一实施例的停止植入区的制造且处于初始处理阶段的 CMOS图像传感器像素行的示意横截面图。图3是图2的CMOS图像传感器像素行在图2所示的处理阶段之后的处理阶段的示 意横截面图。图4是图2的CMOS图像传感器像素行在图3所示的处理阶段之后的处理阶段的示 意横截面图。图5是图2的CMOS图像传感器像素行在图2所示的处理阶段之后的处理阶段的示 意横截面图。图6是图2的CMOS图像传感器像素行在图5所示的处理阶段之后的处理阶段的示 意横截面图。图7是说明根据本专利技术的停止植入区和抗模糊区的制造且处于初始处理阶段的CMOS图像传感器像素行的示意横截面图。图8是图7的CMOS图像传感器像素行在图7所示的处理阶段之后的处理阶段的示 意横截面图。图9是图7的CMOS图像传感器像素行在图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成像装置，其包括：　　　　具有第一导电类型的衬底；　　　　形成于所述衬底上方的至少第一和第二光电传感器，其每一者具有各自的具有第二导电类型的区以用于积聚对应于不同的各自光波长的电荷；以及　　　　位于所述第一和第二光电传感器的所述区下方的具有所述第一导电类型的至少第一和第二掺杂区，所述第一和第二掺杂区中的至少一者处于与所述第一和第二掺杂区中的另一者不同的深度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-5-16 11/129,4621.一种成像装置，其包括具有第一导电类型的衬底；形成于所述衬底上方的至少第一和第二光电传感器，其每一者具有各自的具有第二导电类型的区以用于积聚对应于不同的各自光波长的电荷；以及位于所述第一和第二光电传感器的所述区下方的具有所述第一导电类型的至少第一和第二掺杂区，所述第一和第二掺杂区中的至少一者处于与所述第一和第二掺杂区中的另一者不同的深度。2. 根据权利要求1所述的成像装置，其进一步包括位于所述第一和第二掺杂区下方的 具有所述第二导电类型的植入区。3. 根据权利要求2所述的成像装置，其中所述植入区具有约0.5到约2微米的厚度。4. 根据权利要求3所述的成像装置，其中所述植入区具有约0.75微米的厚度。5. 根据权利要求2所述的成像装置，其中所述植入区电连接到用于接收源电压的端 子。6. 根据权利要求2所述的成像装置，其中所述植入区形成于所述衬底的外延层中，所 述植入区的上缘在所述外延层的上表面下方延伸约2到约3微米。7. 根据权利要求1所述的成像装置，其中所述第一光电传感器和相关联的第一掺杂区 经布置以接收蓝光波长，且其中所述第二光电传感器和相关联的第二掺杂区经布置 以接收绿光波长。8. 根据权利要求1所述的成像装置，其中所述第一和第二光电传感器分别收集对应于 蓝和绿波长的电荷。9. 根据权利要求1所述的成像装置，其中所述第一和第二掺杂区提供在所述衬底的外 延层中。10. 根据权利要求9所述的成像装置，其中所述第一掺杂区的上缘在所述外延层的上表 面下方延伸到达约0.5到约1微米的第一深度，且其中所述第一掺杂区的下缘在所 述外延层的所述上表面下方延伸到达约0.6到约2微米的第二深度。11. 根据权利要求9所述的成像装置，其中所述第二掺杂区的上缘在所述外延层的上表 面下方延仲到达约1.5到约2.5微米的第一深度，且其中所述第一掺杂区的下缘在 所述外延层的所述上表面下方延伸到达约2到约4微米的第二深度。12. 根据权利要求9所述的成像装置，其中所述外延层具有约2到约12微米的厚度。13. 根据权利要求1所述的成像装置， 5x 1017个原子的掺杂剂浓度。14. 根据权利要求l所述的成像装置， 5x 1017个原子的掺杂剂浓度。15. 根据权利要求l所述的成像装置，16. 根据权利要求15所述的成像装置17. 根据权利要求15所述的成像装置18. 根据权利要求1所述的成像装置，19. 一种成像装置，其包括具有第一导电类型的衬底；第一光电传感器，其包括提供于所述衬底中的具有第二导电类型的第一电荷收集 区，所述第一光电传感器用于感测第一颜色波长；第二光电传感器，其包括提供于所述衬底中的具有所述第二导电类型的第二电荷 收集区，所述第二光电传感器用于感测第二颜色波长；在所述第一电荷收集区的至少一部分下方延伸的具有所述第一导电类型的第一 掺杂区；在所述第二电荷收集区的至少一部分下方延伸的具有所述第一导电类型的第二 掺杂区；以及在所述第一和第二掺杂区下方延伸的具有所述第二导电类型的植入区。20. 根据权利要求19所述的成像装置，其中所述第一电荷收集区和相关联的第一掺杂 区经布置以接收蓝光波长，且其中所述第二电荷收集区和相关联的第二摻杂区经布 置以接收绿光波长。21. 根据权利要求20所述的成像装置，其中所述第一电荷收集区在所述衬底的上表面 下方延伸到约0.2到约0.8微米的深度。22. 根据权利要求21所述的成像装置，其中所述第一电荷收集区在所述衬底的所述上 表面下方延伸到约0.6微米的深度。23. 根据权利要求20所述的成像装置，其中所述第二电荷收集区在所述衬底的上表面 下方延伸到约1.5到约2.5微米的深度。24. 根据权利要求23所述的成像装置，其中所述第二电荷收集区在所述衬底的所述上 表面下方延伸到约1.9微米的深度。25. 根据权利要求19所述的成像装置，其中所述植入区具有约0.5到约2微米的厚度。 其中所述第一掺杂区具有每cmS约5x 1016到约 其中所述第二掺杂区具有每ci^约5x 1016到约其中所述光电传感器为光电二极管。 ，其中所述光电二极管为p-n-p光电二极管。 ，其中所述光电二极管为n-p-n光电二极管。其中所述成像装置为CMOS成像器。26. 根据权利要求25所述的成像装置，其中所述植入区具有约0.75微米的厚度。27. 根据权利要求19所述的成像装置，其中所述成像装置为CMOS成像器。28. —种成像器，其包括衬底，其带有具有第一导电类型的外延层；形成于所述外延层中的像素传感器单元阵列，所述阵列包括至少一个行交替的蓝和绿像素，包括形成于所述外延层中的多个第一和第二光电传感器，用于感测各自的蓝和绿颜色波长；提供于各自的第一和第二光电传感器下方的具有所述第一导电类型的多个第 一和第二停止植入区，所述第一和第二停止植入区在所述衬底中具有实质上不同 的深度且彼此横向移置；位于所述多个第一和第二停止植入区下方的具有第二导电类型的植入区；以及 经电连接以接收和处理来自所述阵列的输出信号的电路。29. 根据权利要求28所述的成像器，其中所述光电传感器为光电二极管。30. 根据权利要求28所述的成像器，其中所述第一停止植入区的上表面在所述外延层 的上表面下方延伸到约0.5到约1微米的第一深度，且其中所述第一停止植入区的 下表面在所述外延层的所述上表面下方延伸到约0.6到约2微米的第二深度。31. 根据权利要求28所述的成像器，其中所述第二停止植入区的上表面在所述外延层 的上表面下方延伸到约1.5到约2.5微米的第一深度，且其中所述第二停止植入区 的下表面在所述外延层的所述上表面下方延伸...

【专利技术属性】
技术研发人员：因纳帕特里克，约翰拉德，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]