不均匀沟槽像素单元及制造方法技术

提供了一种不均匀沟槽像素单元和一种用于制造像素单元的方法。该不均匀沟槽像素单元包括半导体基板，该半导体基板包括浮动扩散区域、光电二极管区域，以及在前表面和后表面之间的：第一侧壁表面、浅底表面、第二侧壁表面和深底表面。第一侧壁表面和浅底表面限定出位于浮动扩散区域和光电二极管区域之间的浅沟槽，该浅沟槽从前表面延伸至半导体基板中。浅沟槽的浅深度超过浮动扩散区域的结深。第二侧壁表面和深底表面限定出位于浮动扩散区域和光电二极管区域之间的深沟槽，该深沟槽从前表面延伸至半导体基板中。深底表面和前表面之间的距离限定出深沟槽的深深度，该深深度超过浅深度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
不均匀沟槽像素单元及制造方法


[0001]本专利技术涉及一种不均匀沟槽像素单元和一种用于制造像素单元的方法。

技术介绍

[0002]在诸如独立数码相机、移动设备、汽车组件和医疗设备的商业产品中，相机模块包括图像传感器和其像素阵列。像素阵列包括多个像素。像素阵列的像素密度是图像传感器上每单位面积的像素数。在操作中，相机模块的镜头在图像传感器上形成其视场内物体的图像。该物体可作为入射到相机上的多个无限小的照明点源
–“
脉冲”被查看。镜头将多个脉冲中的每个脉冲在像素阵列的平面处成像为多个点扩散函数
–“
脉冲响应”中的相应一个。图像传感器捕获的图像的分辨率部分地取决于与脉冲响应的大小相比的像素大小。因此，提高相机最大可达到的分辨率的一种方式是通过减少像素大小来提高像素密度。减少像素大小的动机导致了具有竖直转移栅的像素的发展。
[0003]多个像素中的每个像素包括形成在像素阵列基板中的光电二极管、浮动扩散区域和转移栅(transfer gate)，像素阵列基板为图像传感器的一部分。转移栅控制从光电二极管到浮动扩散区域的电子流动，并且可以是场效应晶体管的一部分。到达光电二极管的光产生光电子。开启转移栅形成传导通道，其允许积累的光电子从光电二极管转移或流动到浮动扩散区域。当转移栅被脉冲调制到关断状态时，相关联电势低于光电二极管的电势，使在对应能带图中的势垒升高，以阻止电子从光电二极管流动到浮动扩散区域，从而防止光电子流动到浮动扩散区域。
[0004]在一种常见的像素架构中，光电二极管和浮动扩散区域在像素内在平行于像素阵列的平面的横向方向上横向移置，转移栅位于其间。该平面相对于与其垂直的竖直方向水平定向，竖直方向限定出到达像素阵列的法向入射光(照明)的方向。这样的水平定向限制了像素密度可以增加的程度。因此，提高像素密度的一种方式是将光电二极管、转移栅和浮动扩散区域定向在具有竖直分量的方向上。这种转移栅是竖直转移栅的例子。

技术实现思路

[0005]在一些成像场景中，光晕伪影会降低由包括垂直转移栅的图像传感器捕获的图像的质量。光晕(blooming，或称为高光溢出或开花)是一种光学串扰，当响应于入射到像素上的光，在像素的光电二极管中积累的光电子数量超过像素的饱和水平(全阱容量)，使得一个或多个相邻的像素检测到过剩光电子时，会发生这种类型的光学串扰。本文公开的实施例通过引入光晕路径来解决这个问题，该光晕路径是在像素的转移栅被关断(例如，负偏置)的集成(或曝光)期内在像素的光电二极管中产生的过剩光电子能够从光电二极管行进至像素的浮动扩散区域的泄漏路径。因此，像素检测所述过剩光电子，使得光电子不会产生光晕伪影。
[0006]本专利技术提供了一种不均匀沟槽像素单元和一种用于制造像素单元的方法。
[0007]在第一方面，一种不均匀沟槽像素单元包括半导体基板，该半导体基板包括浮动
扩散区域、光电二极管区域，以及在半导体基板的前表面和与前表面相对的后表面之间的：第一侧壁表面、浅底表面、第二侧壁表面和深底表面。第一侧壁表面和浅底表面限定出位于浮动扩散区域和光电二极管区域之间的浅沟槽，该浅沟槽从前表面延伸至半导体基板中。浅底表面和前表面之间的距离限定出浅沟槽的浅深度。浅深度超过浮动扩散区域的结深。第二侧壁表面和深底表面限定出位于浮动扩散区域和光电二极管区域之间的深沟槽，该深沟槽从前表面延伸至半导体基板中。深底表面和前表面之间的距离限定出深沟槽的深深度，该深深度超过浅深度。
[0008]在一些实施例中，所述浅沟槽和所述深沟槽在第一方向上位于所述浮动扩散区域和所述光电二极管区域之间，所述浅沟槽在垂直于所述第一方向的第二方向上从所述深沟槽横向移置。
[0009]在一些实施例中，在所述第一方向上，存在以下各项中的至少一项：(i)所述浅沟槽更靠近所述浮动扩散区域而不是所述光电二极管区域，以及(ii)所述浅沟槽和所述浮动扩散区域之间的距离小于所述深沟槽和所述浮动扩散区域之间的距离。
[0010]在一些实施例中，在所述第一方向上，存在以下各项中的至少一项：(i)所述深沟槽更靠近所述光电二极管区域而不是所述浮动扩散区域，以及(ii)所述深沟槽和所述光电二极管区域之间的距离小于所述浅沟槽和所述光电二极管区域之间的距离。
[0011]在一些实施例中，所述深深度超过所述浅深度至少八十纳米。
[0012]在一些实施例中，所述浅深度在0.15微米和0.35微米之间。
[0013]在一些实施例中，所述深深度在0.3微米和0.6微米之间。
[0014]在一些实施例中，所述浅沟槽在相对于所述前表面的小于所述浅深度的多个深度中的每个深度处都比所述深沟槽窄。
[0015]在一些实施例中，所述浅沟槽的浅沟槽宽度与所述深沟槽的深沟槽宽度的比在0.5和0.8之间。
[0016]在一些实施例中，所述浅底表面和所述深底表面中的每一个的至少一部分在所述光电二极管区域的一部分上方。
[0017]在一些实施例中，所述浅沟槽的第一纵横比超过所述深沟槽的第二纵横比。
[0018]在一些实施例中，所述第一纵横比除以所述第二纵横比小于或等于1.15。
[0019]在一些实施例中，该不均匀沟槽像素单元还包括：栅极，所述栅极在所述前表面上并填充所述浅沟槽和所述深沟槽中的每一个；和栅介质层，所述栅介质层位于所述栅极与以下各项中的每一个之间：(i)所述第一侧壁表面和所述第二侧壁表面、(ii)所述浅底表面、(iii)所述深底表面和(iv)在所述浅沟槽和所述深沟槽之间的所述前表面的区域。
[0020]在一些实施例中，所述浅深度小于所述光电二极管区域相对于所述前表面的最小深度。
[0021]在第二方面，像素单元包括半导体基板和转移栅。半导体基板包括浮动扩散区域、光电二极管区域和前表面。转移栅设置在半导体基板上，将光电二极管区域耦接至浮动扩散区域，并包括：第一竖直栅极，该第一竖直栅极从前表面延伸至半导体基板中的第一深度；和第二竖直栅极，该第二竖直栅极从前表面延伸至半导体基板中的第二深度。第二深度超过第一深度。第一深度超过浮动扩散区域的结深。
[0022]在一些实施例中，所述第一竖直栅极和所述第二竖直栅极在第一方向上位于所述
浮动扩散区域和所述光电二极管区域之间，所述第一竖直栅极在垂直于所述第一方向的第二方向上从所述第二竖直栅极横向移置。
[0023]在一些实施例中，在所述第一方向上，存在以下各项中的至少一项：(i)所述第一竖直栅极更靠近所述浮动扩散区域而不是所述光电二极管区域，以及(ii)所述第一竖直栅极和所述浮动扩散区域之间的距离小于所述第二竖直栅极和所述浮动扩散区域之间的距离。
[0024]在一些实施例中，在所述第一方向上，存在以下各项中的至少一项：(i)所述第二竖直栅极更靠近所述光电二极管区域而不是所述浮动扩散区域，以及(ii)所述第二竖直栅极和所述光电二极管区域之间的距离小于所述第一竖直栅极和所述光电二极管区域之间的距离。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不均匀沟槽像素单元，包括：半导体基板，所述半导体基板包括浮动扩散区域和光电二极管区域；以及在所述半导体基板的前表面和与所述前表面相对的后表面之间的：(i)第一侧壁表面和浅底表面，所述第一侧壁表面和所述浅底表面限定出位于所述浮动扩散区域和所述光电二极管区域之间并从所述前表面延伸至所述半导体基板中的浅沟槽，所述浅底表面和所述前表面之间的距离限定出所述浅沟槽的浅深度，所述浅深度超过所述浮动扩散区域的结深；和(ii)第二侧壁表面和深底表面，所述第二侧壁表面和所述深底表面限定出位于所述浮动扩散区域和所述光电二极管区域之间并从所述前表面延伸至所述半导体基板中的深沟槽，所述深底表面和所述前表面之间的距离限定出所述深沟槽的深深度，所述深深度超过所述浅深度。2.根据权利要求1所述的不均匀沟槽像素单元，其中所述浅沟槽和所述深沟槽在第一方向上位于所述浮动扩散区域和所述光电二极管区域之间，所述浅沟槽在垂直于所述第一方向的第二方向上从所述深沟槽横向移置。3.根据权利要求2所述的不均匀沟槽像素单元，其中在所述第一方向上，存在以下各项中的至少一项：(i)所述浅沟槽更靠近所述浮动扩散区域而不是所述光电二极管区域，以及(ii)所述浅沟槽和所述浮动扩散区域之间的距离小于所述深沟槽和所述浮动扩散区域之间的距离。4.根据权利要求2所述的不均匀沟槽像素单元，其中在所述第一方向上，存在以下各项中的至少一项：(i)所述深沟槽更靠近所述光电二极管区域而不是所述浮动扩散区域，以及(ii)所述深沟槽和所述光电二极管区域之间的距离小于所述浅沟槽和所述光电二极管区域之间的距离。5.根据权利要求1至4中任一项所述的不均匀沟槽像素单元，其中所述深深度超过所述浅深度至少八十纳米。6.根据权利要求1至4中任一项所述的不均匀沟槽像素单元，其中所述浅深度在0.15微米和0.35微米之间。7.根据权利要求1至4中任一项所述的不均匀沟槽像素单元，其中所述深深度在0.3微米和0.6微米之间。8.根据权利要求1至4中任一项所述的不均匀沟槽像素单元，其中所述浅沟槽在相对于所述前表面的小于所述浅深度的多个深度中的每个深度处都比所述深沟槽窄。9.根据权利要求8所述的不均匀沟槽像素单元，其中所述浅沟槽的浅沟槽宽度与所述深沟槽的深沟槽宽度的比在0.5和0.8之间。10.根据权利要求1至4中任一项所述的不均匀沟槽像素单元，其中所述浅底表面和所述深底表面中的每一个的至少一部分在所述光电二极管区域的一部分上方。11.根据权利要求1至4中任一项所述的不均匀沟槽像素单元，其中所述浅沟槽的第一纵横比超过所述深沟槽的第二纵横比。12.根据权利要求11所述的不均匀沟槽像素单元，其中所述第一纵横比除以所述第二纵横比小于或等于1.15。13.根据权利要求1至4中任一项所述的不均匀沟槽像素单元，还包括：
栅极，所述栅极在所述前表面上并填充所述浅沟槽和所述深沟槽中的每一个；和栅介质层，所述栅介质层位于所述栅极与以下各项中的每一个之间：(i)所述第一侧壁表面和所述第二侧壁表面、(ii)所述浅底表面、(iii)所述深底表面和(iv)在所述浅沟槽和所述深沟槽之间的所述前表面的区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：臧辉，陈刚，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：