具有低串扰的PMOS像素结构制造技术

一种图像传感器，该图像传感器具有包含多个像素的图像区，该多个像素的每一个具有第一导电类型的光电探测器，该图像传感器包括：第一导电类型的衬底；第二导电类型的第一层，位于该衬底和该光电探测器之间，跨过该图像区，且相对于该衬底被偏置在预定电势用于将过剩载流子驱入该衬底内以减小串扰；一个或多个相邻有源电子部件，布置于每一个像素内的该第一层中；以及电子电路，布置于该图像区外部的该衬底中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及图像传感器领域，且具体而言涉及在n型阱内具 有n型钉扎层和p型收集区用于减小串扰的有源像素图像传感器。
技术介绍
当前的有源像素图像传感器通常是构建在p型或者n型硅衬底上。 有源像素传感器是指这样的传感器，其具有位于每一个像素内或者与每 一个像素相关联的诸如放大器的有源电路元件。CM0S是指互补金属氧 化物硅晶体管，其中由相反掺杂剂组成的两个晶体管(一个为n型且 一个为p型)按照互补的方式连接在一起。有源像素传感器通常还使用 CM0S晶体管，且因此可互换地使用。构建在p型衬底上的CMOS传感器通常包含在芯片上的更高的电路 集成水平，因为该工艺衍生自标准CMOS，其已经全面发展且包含所有必 须的器件和电路库以支持如此高的集成水平。不幸的是，这些传感器遭 受高水平的像素-像素串扰，该串扰是由于该传感器构建于其上的P型 衬底内少数载流子的横向扩散导致的。另一方面，由于垂直溢流漏极 (V0D)结构消除了横向载流子扩散，使用从典型隔行(interline) CCD 图像传感器衍生的工艺来构建的CMOS图像传感器(其中焦平面形成在n 型衬底上的p型阱内)具有低得多的串扰。对于这些器件，色彩串扰主 要是光学的，因为受到上覆CFA的透射的限制。对于构建在P型衬底上的CMOS传感器，最近已经有诸多提议来减 小硅衬底内的电学串扰(美国临时专利申请No. 60/721， 168和 60/721,175，申请日均为2005年9月28日)，不过使用这些技术用于 某些用途仍无法将串扰降得足够低。并且尽管CMOS工艺可以在n型衬 底上发展，不过将要求对所有支持电路和器件的完全再设计。且还要求 AC接地平面，在该情形下衬底，应偏置在VDD电源电压，从噪声角度而 言这是不期望的。与p型衬底相比，n型衬底也更难除气(getter),这会导致更高水平的暗电流缺陷。因此，本领域中需要提供一种CMOS图像传感器，其具有降低的串扰同时维持现有主流CMOS工艺发展的所有当前优点和水平。
技术实现思路
'本专利技术旨在克服一个或多个上述问题。简言之，根据本专利技术一个方 面，本专利技术提供了一种图像传感器，该图像传感器具有包含多个像素的图 像区，该多个像素的每一个具有第一导电类型的光电探测器，该图像传感 器包括第一导电类型的衬底；第二导电类型的第一层，位于该衬底和该 光电探测器之间，跨过该图像区，且相对于该衬底被偏置在预定电势用于 将过剩载流子驱入该衬底内以减小串扰； 一个或多个相邻有源电子部件， 布置于每一个像素内的所述第一层中；以及电子电路，布置于该图像区外 部的该衬底中。通过阅读对优选实施例的下述详细描述和所附权利要求，并参考附 图，本专利技术的这些和其他方面、目的、特征和优点可以得到更加清楚的 理解和认识。本专利技术的有益效果本专利技术具有的优点为，减小了串扰和暗电流的体扩散分量，同时维 持了使用集成在p型衬底上的主流标准CMOS的所有优点。附图说明图1示出了典型现有技术CMOS图像传感器中使用的图像区域像素 的俯视图2a示出通过截面截取的二维掺杂结构的示意图，该截面穿过典 型现有技术钉扎光电二极管探测器的传输栅极和浮置扩散；图2b示出穿过现有技术光电二极管的中间的一维掺杂分布对到硅 内的深度；图2c示出穿过现有技术光电二极管的中间的一维电势分布对到硅 内的深度；图3说明现有技术CMOS有源像素图像传感器像素的像素-像素串扰 对耗尽深度的二维计算的示例结果；图4a示出通过截面截取的本专利技术的PM0S像素结构的二维掺杂结构 的示意图，该截面穿过传输栅极、浮置扩散和复位栅极；图4b示出图4a的图像传感器的示例性布局的俯视图； 图4c示出穿过本专利技术的PMOS像素结构的中间的一维掺杂分布对到 硅内的深度；图4d示出穿过本专利技术的PM0S像素结构的中间的一维电势分布对到 硅内的深度；图5示出对于构建在阱中的本专利技术的PM0S像素结构的各种光电二 极管耗尽深度，像素-像素串扰的二维计算对溢流或沉降(sink)深度 的结果；以及图6为数码相机的图示，用于说明普通消费者所习惯的本专利技术典型 商业实施例。具体实施例方式历史上，基于电荷耦合器件(CCD)的图像传感器主要使用电子作 为信号电荷载流子，以利用其更高的迁移率来维持在高数据率下的良好 传输效率。为了减小色彩串扰和拖影(smear),且为了提供模糊现象 (blooming)保护，CCD成像器还经常构建在阱内，或者垂直溢流漏极 (V0D)结构内(例如，见美国专利4,527，182)。因此，构建V0D结构 以及对于n沟道的需求，需要在n型衬底内形成p阱。基于CMOS的图像传感器已经变得越来越容易获得。当前的CMOS图 像传感器通常构建在P型或者n型硅衬底上。使用主流CMOS工艺构建 在p型衬底上的图像传感器可包含高的电路集成水平，但是遭受高水平 的色彩串扰。使用类似典型CCD工艺构建在n型衬底上的图像传感器(S. I廳e et al., A 3.25 M-pixel APS-C size CMOS Image Sensor, in Eizojoho Media Gakkai Gijutsu Hokoku (Technology Report, The Institute of Image Information and Television Engineers) Ei jogakugiho, vol. 25， no. 28, pp. 37-41， 2001年3月.ISSN 1342-6893.)具有低的色彩串扰，但是具有如前所述的其他缺点。与CCD图像传感器不同，CMOS图像传感器仅具有一个传输 (transfer),即，从光电二极管到浮置扩散的传输。因此，CMOS图像 传感器不需要如此高的载荷子迁移率。因此，空穴的较低迁移率对于 CMOS图像传感器而言不是缺陷。因此本专利技术的 一个目的是披露一种CMOS 图像传感器，其采用使用空穴作为信号电荷载流子的P歸S (p沟道)像6素结构。本专利技术的这种PM0S结构使得像素可以构建在位于p外延层上 的n阱内以减小像素-像素串扰。然而，与典型的基于CCD的图像传感 器不同，这种阱仅使用在传感器的成像部分的下方(或者跨过成像部 分)。集成在芯片上的所有数字和模拟CMOS支持电路形成于p型外延层 内(见图4b,即，模拟或者数字电路80、数字逻辑90、行解码器100 和列解码器110)。这意味着芯片的标准CMOS电路部分中器件的所有物 理方面得以保持。此外，与构建在阱内的CCD图像传感器(其中该阱偏 置在地电势且衬底偏置在特定正电势)不同，通过将本专利技术的n阱偏置 在VDD, CMOS电路的接地平面(即，p型外延衬底)可以维持在0V。这 意味着芯片的标准CMOS电路部分的所有电学方面也得以保持。仅数字 和模拟部分中某些逻辑脉冲和信号摆动的方向需要恰当地反转，而本领 域技术人员容易实现这一点。因此，在上面
技术介绍
部分中所述的p型 衬底的所有优点得以保持。通过消除来自衬底的扩散成分，这种阱型结 构也减小了暗电流。典型现有技术CMOS图像传感器像素的俯视图示于图1。该典型像 素包括光电二极管(PD);传输栅极(TG),用于从该光电二极管读出 电荷；浮置扩散(FD)，用于将信号电荷转换成电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器，所述图像传感器具有包含多个像素的图像区，所述多个像素的每一个具有使用空穴作为载荷子的ｐ导电类型的光电探测器，所述图像传感器包括：　（ａ）ｐ导电类型的衬底；　（ｂ）ｎ导电类型的第一层，位于所述衬底和所述ｐ型光电探测 器之间，跨过所述图像区，且相对于所述衬底被偏置在预定电势，用于将过剩载流子驱入所述衬底内以减小串扰；　（ｃ）一个或多个相邻有源电子部件，布置于每一个像素内的所述第一层中；以及　（ｄ）ＣＭＯＳ电子支持电路，布置于所述图像区外部的所 述衬底中并电连接到所述图像区。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-6-20 11/455,9851. 一种图像传感器，所述图像传感器具有包含多个像素的图像区，所述多个像素的每一个具有使用空穴作为载荷子的p导电类型的光电探测器，所述图像传感器包括(a)p导电类型的衬底；(b)n导电类型的第一层，位于所述衬底和所述p型光电探测器之间，跨过所述图像区，且相对于所述衬底被偏置在预定电势，用于将过剩载流子驱入所述衬底内以减小串扰；(c)一个或多个相邻有源电子部件，布置于每一个像素内的所述第一层中；以及(d)CMOS电子支持电路，布置于所述图像区外部的所述衬底中并电连接到所述图像区。2. 如权利要求1所述的图像传感器，其中所述一个或多个有源电子 部件包括复位晶体管和浮置扩散。3. 如权利要求1所述的图像传感器，其中所述一个或多个有源电子 部件包括放大器。4. 如权利要求1所述的图像传感器，还包括布置在所述衬底和所述 第一层之间的p外延层；其中所述衬底为p+型且所述第一层为n型。5. 如权利要求1所述的图像传感器，其中所述光电探测器为钉扎光 电二极管。6. 如权利要求1所述的图像传感器，其中所述一个或多个有源电子 部件包括浮置扩散放大器。7. 如权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一层包括渐变的掺 杂以将过剩载流子驱入所述衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：EG斯蒂芬斯，H科莫里，
申请(专利权)人：伊斯曼柯达公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]