本发明专利技术涉及具有含多个沟道子区域的传输栅极的图像传感器，并公开了一种图像传感器像素，其包括光敏元件、浮动扩散区域及传输晶体管沟道区域。传输晶体管沟道区域布置于感光区域与浮动扩散区域之间。传输晶体管沟道区域包括具有第一掺杂浓度的第一沟道子区域及具有第二掺杂浓度的第二沟道子区域，第二掺杂浓度不同于第一掺杂浓度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术大体涉及图像传感器，尤其(但并非排除性地)涉及CMOS图像传感器。本申请要求2009年8月7日提交的美国临时专利申请No.61/232,369的优先权，该申请的内容通过引用方式合并于此。
技术介绍
图像传感器广泛地用于数字静态相机、蜂窝式电话、安保摄像机中，以及用于医疗、汽车及其它应用中。互补金属氧化物半导体(“CMOS”)技术用以在硅衬底上制造较低成本的图像传感器。在大量图像传感器中，图像传感器通常包括若干个光传感器单元或像素。典型的单个像素包括微透镜、滤光片、光敏元件、浮动扩散区域及用于从光敏元件读出信号的一个或多个晶体管。像素中所包括的这些晶体管之一通常被称作传输晶体管，其包括布置于该光敏元件与该浮动扩散区域之间的传输栅极。该传输栅极布置于栅极氧化物上。光敏元件、浮动扩散区域及栅极氧化物布置于衬底上。在操作期间，当将偏压电压施加至传输栅极时，可在传输栅极下形成导电沟道区域，以使得信号从该光敏元件传输至该浮动扩散区域。然而，传统的传输栅极经常具有图像滞后及晕光(blooming)现象的问题。图像滞后可能由于下述原因而产生：传统的导电沟道区域不能从光敏元件除去所有信号，使得在先后读取像素期间存在残余信号。光敏元件中保留的该剩余信息常被称作图像滞后、残余图像、重像或帧间滞留。晕光现象可能因为光敏元件对图像的高强度部分进行转换而产生，这些高强度部分可能使过多电荷溢出至邻近的光敏元件中。这种过多电荷也可能在预期的传输周期前经过该传统的传输栅极而溢出至浮动扩散区域中。晕光现象可能限制成像传感器的动态范围，并可能限制成像传感器的商业应用类型。专利技术内容根据本专利技术的第一方面，提供了一种图像传感器像素，包括：光敏元件；浮动扩散区域；传输晶体管沟道区域，其布置在所述光敏元件与所述浮动扩散区域之间，其中，所述传输晶体管沟道区域包括具有第一掺杂浓度的第一沟道子区域以及具有第二掺杂浓度的第二沟道子区域，所述第二掺杂浓度不同于所述第一掺杂浓度。根据本专利技术的另一方面，提供了一种制造互补金属氧化物半导体(“CMOS”)图像传感器像素的方法，所述方法包括：在布置于衬底上的外延层内形成传输晶体管沟道区域，其中，所述传输晶体管沟道区域包括具有第一掺杂浓度的第一沟道子区域以及具有第二掺杂浓度的第二沟道子区域，所述第二掺杂浓度不同于所述第一掺杂浓度；在所述传输晶体管沟道区域的至少一部分上并在浮动扩散区域的一部分上制造传输晶体管栅极；在所述外延层内形成光敏元件，其中，所述第一沟道子区域在所述光敏元件的至少一部分上并在部分所述传输晶体管栅极下方延伸。-->根据本专利技术的再一个方面，提供了一种图像传感器，包括：布置于衬底上的、图像传感器像素的互补金属氧化物半导体(“CMOS”)阵列；读出电路，其耦合至所述CMOS阵列，以从所述图像传感器像素中的每一者读出图像数据。其中，这些图像传感器像素中的每一者包括：光敏元件；浮动扩散区域；传输晶体管沟道区域，其布置于所述光敏元件与所述浮动扩散区域之间，其中，所述传输晶体管沟道区域包括具有第一掺杂浓度的第一沟道子区域以及具有第二掺杂浓度的第二沟道子区域，所述第二掺杂浓度不同于所述第一掺杂浓度。附图说明将参考附图来对示例性实施例进行说明，各图中相同的标号表示相同的部分，除非另有说明。图1是包含传统的传输栅极沟道掺杂结构的图像传感器像素的截面图；图2是根据一种实施例，包含传输栅极沟道掺杂的图像传感器像素的截面图；图3A至图3D是根据一种实施例，用于形成传输栅极及像素的处理的截面图；图4是图示了根据一种实施例的图像传感器的框图；图5是图示了根据一种实施例，图像传感器阵列内的两个图像传感器像素的采样像素电路的电路图；图6是图示了根据一种实施例的成像系统的框图。具体实施方式本文中描述了具有改良的图像滞后和晕光特性的像素、图像传感器、成像系统以及像素、图像传感器、成像系统的制造方法的实施例。以下描述中阐明了众多具体细节以提供对这些实施例的透彻理解。但是，本领域技术人员应当理解，在缺少这些具体细节中一项或多项的情况下，或者通过其它方法、组件、材料等，也能够实施本申请中所描述的技术。在其它情况下，未详细图示或描述公知的结构、材料或操作，以免使某些方面不清楚。例如，尽管未示出，但应理解图像传感器像素可以包括用于制造CIS像素的若干传统的层(例如，抗反射膜等)。此外，本申请中所说明的图像传感器像素所示的横截面不一定图示了与每一像素相关联的像素电路。但是应该理解，每一像素可以包括耦接至其收集区域的像素电路，该像素电路用于执行各种功能，例如：开始图像获取、将累积的图像电荷复位、将所获取的图像数据传输出去、或其它功能。说明书全文中提到的“一种实施例”或“一种实施例”表示该实施例描述的特定特征、结构或特性包含于本专利技术的至少一个实施例中。因此，说明书全文中出现的词组“在一种实施例中”或“在实施例中”并不一定都表示同一种实施例。此外，在一种或多种实施例中，可以以任何合适的方式来组合特定的特征、结构或特性。典型的CMOS图像传感器(CIS)像素以如下方式操作。光入射到微透镜上，所述微透镜经由滤光片将光聚焦至光敏元件。光敏元件检测光，并将光转换成与检测到的光的强度成比例的电信号。传输栅极将电信号从光敏元件传输至浮动扩散区域。图1图示了前侧照明CIS的传统图像传感器像素100的横截面图，该像素包含传统的传输栅极沟道掺杂结构。金属堆叠110包括金属层(例如，金属层M1和M2)，这些金属-->层受到图案化以产生光学通路，入射于像素100上的光106能够经过该光学通路而到达光敏元件或光电二极管(“PD”)元件115。为了实现彩色CIS，像素100还包括布置于微透镜125下的彩色滤光片层120。微透镜125帮助将光106聚焦至光敏元件115上。通常，图像传感器包括在较大衬底(即，延伸超出如图所示衬底102)中以二维行列的阵列形式布置的若干个图像传感器像素100。像素100还包括布置于外延层104上的P型掺杂阱140中的浮动扩散(FD)区域155。如图1所示，外延层104布置于衬底102上。浅沟槽隔离(STI)结构130也布置于外延层104中或其上。具有传输多晶(poly)栅极105的传输晶体管布置于光敏元件115与FD区域155之间，并用于将从光敏元件115输出的信号传输至浮动扩散区域155。当将偏压电压施加至传输栅极时，可在传输栅极下方形成导电沟道(也即，经过Vt注入区域145)。形成沟道时的偏压电压可称为阈值电压(Vt)。像素100按如下方式操作。在积分周期(也称作曝光周期或累积周期)期间，光106入射于光敏元件115上。光敏元件115响应于入射光而产生电信号。电信号被保持在光敏元件115中。在此阶段，可关断传输晶体管。在一种实施例中，多晶栅极105上的偏压电压可以是负电压。当多晶栅极105上的偏压电压小于其阈值电压时，Vt注入区域145实际上对于电子流成为阻碍。产生了趋于对从光敏元件115至浮动扩散区域155的电子运动造成障碍的驱动力。在积分周期后，使传输栅极105导通以读出光敏元件115。在一种实施例中，可将正偏压电压施加至多晶栅极105。当多晶栅极105上的偏压增大时，FD区域155附近的Vt注入区域145成为导电的。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种图像传感器像素，包括：光敏元件；浮动扩散区域；及传输晶体管沟道区域，其布置在所述光敏元件与所述浮动扩散区域之间，其中，所述传输晶体管沟道区域包括具有第一掺杂浓度的第一沟道子区域以及具有第二掺杂浓度的第二沟道子区域，所述第二掺杂浓度不同于所述第一掺杂浓度。
【技术特征摘要】
US 2009-8-7 61/232,369;US 2010-2-22 12/710,2671.一种图像传感器像素，包括：光敏元件；浮动扩散区域；及传输晶体管沟道区域，其布置在所述光敏元件与所述浮动扩散区域之间，其中，所述传输晶体管沟道区域包括具有第一掺杂浓度的第一沟道子区域以及具有第二掺杂浓度的第二沟道子区域，所述第二掺杂浓度不同于所述第一掺杂浓度。2.如权利要求1所述的图像传感器像素，还包括：衬底；及外延层，其布置于所述衬底上，其中，所述光敏元件、所述浮动扩散区域以及所述传输晶体管沟道区域布置于所述外延层中。3.如权利要求2所述的图像传感器像素，其中，所述外延层具有所述第二掺杂浓度。4.如权利要求3所述的图像传感器像素，其中，所述外延层具有第三掺杂浓度，所述第三掺杂浓度不同于所述第一掺杂浓度以及所述第二掺杂浓度。5.如权利要求1所述的图像传感器像素，还包括：传输晶体管栅极，其布置于所述传输晶体管沟道区域的至少一部分上；以及掺杂阱，其具有浅沟槽隔离(STI)，其中，所述浮动扩散区域布置于所述掺杂阱内并在部分所述传输晶体管栅极下方延伸。6.如权利要求5所述的图像传感器像素，其中，所述第一沟道子区域在所述光敏元件的至少一部分上并在部分所述传输晶体管栅极下方延伸。7.如权利要求5所述的图像传感器像素，其中，所述第一沟道子区域具有的宽度小于所述传输晶体管栅极的宽度的一半。8.如权利要求5所述的图像传感器像素，其中，所述掺杂阱具有的宽度小于所述传输晶体管栅极的宽度的一半。9.如权利要求1所述的图像传感器像素，其中，所述第二沟道子区域为未掺杂的间隙区域。10.如权利要求1所述的图像传感器像素，还包括布置于所述光敏元件上的钉扎层。11.一种制造互补金属氧化物半导体(“CMOS”)图像传感器像素的方法，所述方法包括：在布置于衬底上的外延层内形成传输晶体管沟道区域，其中，所述传输晶体管沟道区域包括具有第一掺杂浓度的第一沟道子区域以及具有第二掺杂浓度的第二沟道子区域，所述第二掺杂浓度不同于所述第一掺杂浓度；在所述传输晶体管沟道区域的至少一部分上并在浮动扩散区域的一部分上制造传输晶体管栅极；以及在所述外延层内形成光敏元件，其中，所述第一沟道子区域在所述光敏元件的至少一部分上并在部分所述传输晶体管栅极下方延伸。12.如权利要求11所述的方法，其中，形成所述传输晶体管沟道区域包括对所述第一沟...
【专利技术属性】
技术研发人员：野崎秀俊，代铁军，
申请(专利权)人：美商豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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