用于先进CMOS图像传感器的倾斜转移栅极制造技术

本申请案涉及用于先进CMOS图像传感器的倾斜转移栅极。一种像素电路包含蚀刻到半导体衬底的前侧表面中的沟槽。所述沟槽包含沿着<100>结晶平面经蚀刻的底部表面及沿着<111>结晶平面经蚀刻的在所述底部表面与所述前侧表面之间延伸的倾斜侧表面。浮动扩散部安置于所述半导体衬底中在所述沟槽的所述底部表面底下。光电二极管安置于所述半导体衬底中在所述沟槽的所述倾斜侧表面底下且与所述浮动扩散部分开。所述光电二极管经配置以响应于入射光而光生图像电荷。倾斜转移栅极安置于所述沟槽的所述底部表面的至少一部分及所述倾斜侧表面的至少一部分上方。所述倾斜转移栅极经配置以将所述图像电荷从所述光电二极管转移到所述浮动扩散部。述浮动扩散部。述浮动扩散部。

【技术实现步骤摘要】
用于先进CMOS图像传感器的倾斜转移栅极


[0001]本专利技术大体来说涉及图像传感器，且特定来说但非排他地，涉及包含倾斜转移栅极的图像传感器像素电路。

技术介绍

[0002]图像传感器已变得无处不在且现在广泛用于数码相机、蜂窝式电话、安全相机以及医学、汽车及其它应用中。随着将图像传感器集成到较宽广范围的电子装置中，期望通过装置架构设计以及图像获取处理两者以尽可能多的方式(例如，分辨率、电力消耗、动态范围等)增强其功能性、性能度量等等。
[0003]典型互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器响应于来自外部场景的图像光被入射于所述图像传感器上而进行操作。所述图像传感器包含具有光敏元件(例如，光电二极管)的像素电路阵列，所述光敏元件吸收所述入射图像光的一部分且在吸收所述图像光后即刻产生图像电荷。可将由所述光敏元件光生的所述图像电荷转移到所述像素电路内的浮动扩散部。可通过列位线上的随所述入射图像光变化的模拟输出图像信号从所述像素电路读出转移到所述浮动扩散部的所述图像电荷。换句话说，所产生的图像电荷量与所述图像光的强度成比例，将所述强度作为模拟图像信号从所述列位线被读出且转换为数字值以提供表示外部场景的信息。

技术实现思路

[0004]在一个方面中，本申请案提供一种像素电路，其包括：沟槽，其蚀刻到半导体衬底的前侧表面中，其中所述沟槽包含沿着所述半导体衬底的<100>结晶平面经蚀刻的底部表面及沿着所述半导体衬底的<111>结晶平面经蚀刻的在所述底部表面与所述前侧表面之间延伸的倾斜侧表面；浮动扩散部，其安置于所述半导体衬底中在所述沟槽的所述底部表面底下；光电二极管，其安置于所述半导体衬底中在所述沟槽的所述倾斜侧表面底下且与所述浮动扩散部分开，其中所述光电二极管经配置以响应于入射光而光生图像电荷；及倾斜转移栅极，其安置于所述沟槽的所述底部表面的至少一部分及所述沟槽的所述倾斜侧表面的至少一部分上方，其中所述倾斜转移栅极经配置以将所述图像电荷从所述光电二极管转移到所述浮动扩散部。
[0005]在另一方面中，本申请案提供一种用于制作像素电路的方法，其包括：将光电二极管植入到半导体衬底中的隔离区域中在所述半导体衬底的前侧表面底下；在所述半导体衬底的所述前侧表面上方沉积硬掩模层，其中所述硬掩模层包含多边形开口，所述多边形开口包含平行于所述半导体衬底的<111>结晶平面的侧；穿过所述硬掩模的所述多边形开口将沟槽蚀刻到所述半导体衬底的所述前侧表面中，其中所述沟槽包含沿着所述半导体衬底的<100>结晶平面经蚀刻的底部表面及沿着所述半导体衬底的所述<111>结晶平面经蚀刻的在所述底部表面与所述前侧表面之间延伸的倾斜侧表面，其中所述光电二极管安置于所述半导体衬底中在所述沟槽的所述倾斜侧表面底下；移除所述硬掩模层；在所述前侧表面
上方形成内衬于所述沟槽、包含所述沟槽的所述底部表面及所述倾斜侧表面上的栅极氧化物层；在所述前侧表面及所述沟槽上方形成多个栅极结构，其中所述多个栅极结构包含在所述栅极氧化物层上方、在所述沟槽的所述底部表面的至少一部分上方且在所述沟槽的所述倾斜侧表面的至少一部分上方的倾斜转移栅极；及将浮动扩散部植入到所述半导体衬底中的所述隔离区域中在所述沟槽的所述底部表面底下，其中所述倾斜转移栅极经配置以将图像电荷从所述光电二极管转移到所述浮动扩散部。
附图说明
[0006]参考以下各图描述本专利技术的非限制性及非穷尽性实施例，其中除非另有规定，否则贯穿各个视图，相似元件符号指代相似部件。
[0007]图1图解说明根据本专利技术的教示的包含像素阵列的成像系统的一个实例，所述像素阵列具有利用实例性倾斜转移栅极的像素电路。
[0008]图2是图解说明根据本专利技术的教示的具有实例性倾斜转移栅极的像素电路的一个实例的示意图。
[0009]图3是根据本专利技术的教示的实例性像素电路的一部分的平面图，所述实例性像素电路包含安置于光电二极管上方的实例性倾斜转移栅极及安置于半导体衬底中的浮动扩散部。
[0010]图4是根据本专利技术的教示的另一实例性像素电路的一部分的平面图，所述另一实例性像素电路包含安置于光电二极管上方的实例性倾斜转移栅极及安置于半导体衬底中的浮动扩散部。
[0011]图5是根据本专利技术的教示的实例性像素电路的一部分的平面图，所述实例性像素电路包含安置于光电二极管上方的实例性倾斜转移栅极及安置于半导体衬底中的浮动扩散部。
[0012]图6A是根据本专利技术的教示的实例性像素电路的一部分的横截面视图，所述实例性像素电路包含安置于光电二极管上方的实例性倾斜转移栅极及安置于半导体衬底中的浮动扩散部。
[0013]图6B是根据本专利技术的教示的另一实例性像素电路的一部分的横截面视图，所述另一实例性像素电路包含安置于光电二极管上方的实例性倾斜转移栅极及安置于半导体衬底中的浮动扩散部。
[0014]图6C是根据本专利技术的教示的又一实例性像素电路的一部分的横截面视图，所述又一实例性像素电路包含安置于光电二极管上方的实例性倾斜转移栅极及安置于半导体衬底中的浮动扩散部。
[0015]图6D是根据本专利技术的教示的再一实例性像素电路的一部分的横截面视图，所述再一实例性像素电路包含安置于光电二极管上方的实例性倾斜转移栅极及安置于半导体衬底中的浮动扩散部。
[0016]图7A到7C是根据本专利技术的教示的实例性像素电路的一部分的横截面视图，所述实例性像素电路包含在各个制作阶段安置于光电二极管上方的实例性倾斜转移栅极及安置于半导体衬底中的浮动扩散部。
[0017]图8是根据本专利技术的教示图解说明用以制作利用实例性倾斜转移栅极的像素电路
的实例性过程的流程图。
[0018]遍及图式的数个视图，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。另外，通常未描绘在商业上可行的实施例中有用或必需的常见但很好理解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挡的查看。
具体实施方式
[0019]在本文中描述针对具有包含倾斜转移栅极的像素电路的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的各种实例。在以下描述中，陈述众多特定细节以便提供对实例的透彻理解。然而，相关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。
[0020]贯穿本说明书对“一个实例”或“一个实施例”的提及意指结合所述实施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”、“在一个实施例中”的出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种像素电路，其包括：沟槽，其蚀刻到半导体衬底的前侧表面中，其中所述沟槽包含沿着所述半导体衬底的<100>结晶平面经蚀刻的底部表面及沿着所述半导体衬底的<111>结晶平面经蚀刻的在所述底部表面与所述前侧表面之间延伸的倾斜侧表面；浮动扩散部，其安置于所述半导体衬底中在所述沟槽的所述底部表面底下；光电二极管，其安置于所述半导体衬底中在所述沟槽的所述倾斜侧表面底下且与所述浮动扩散部分开，其中所述光电二极管经配置以响应于入射光而光生图像电荷；及倾斜转移栅极，其安置于所述沟槽的所述底部表面的至少一部分及所述沟槽的所述倾斜侧表面的至少一部分上方，其中所述倾斜转移栅极经配置以将所述图像电荷从所述光电二极管转移到所述浮动扩散部。2.根据权利要求1所述的像素电路，其进一步包括安置于所述倾斜转移栅极与所述半导体衬底之间的栅极氧化物。3.根据权利要求1所述的像素电路，其中所述沟槽进一步包含沿着所述半导体衬底的相应<110>结晶表面经蚀刻的在所述半导体衬底的所述底部表面与所述前侧表面之间延伸的多个其它侧表面。4.根据权利要求1所述的像素电路，其中所述沟槽的所述倾斜侧表面是所述沟槽的多个倾斜侧表面中的第一倾斜侧表面，其中所述多个倾斜侧表面中的每一者是沿着所述半导体衬底的相应<111>结晶平面经蚀刻的且在所述半导体衬底的所述底部表面与所述前侧表面之间延伸。5.根据权利要求4所述的像素电路，其中所述光电二极管是多个光电二极管中的第一光电二极管，其中所述多个光电二极管中的每一者安置于所述半导体衬底中在所述沟槽的所述多个倾斜侧表面中的相应一者底下且与所述浮动扩散部分开。6.根据权利要求5所述的像素电路，其中所述倾斜转移栅极是多个倾斜转移栅极中的第一倾斜转移栅极，其中所述多个倾斜转移栅极中的每一者安置于至少所述沟槽的所述底部表面的相应部分及所述沟槽的所述多个倾斜侧表面中的相应一者的相应部分上方，其中所述多个倾斜转移栅极中的每一者经配置以将所述图像电荷从所述多个光电二极管中的相应一者转移到所述浮动扩散部。7.根据权利要求6所述的像素电路，其中所述多个光电二极管、所述多个倾斜侧表面及所述多个倾斜转移栅极是围绕所述浮动扩散部对称地布置的。8.根据权利要求6所述的像素电路，其中所述多个光电二极管包含四个光电二极管，其中所述多个倾斜侧表面包含四个倾斜侧表面，且其中所述多个倾斜转移栅极包含四个倾斜转移栅极。9.根据权利要求4所述的像素电路，其中所述沟槽进一步包含沿着所述半导体衬底的相应<110>结晶表面经蚀刻的在所述半导体衬底的所述底部表面与所述前侧表面之间延伸的多个其它侧表面，其中所述多个其它侧表面中的每一者安置于所述沟槽的所述多个倾斜侧表面的相应相邻对之间。10.根据权利要求1所述的像素电路，其中图像电荷从所述光电二极管沿所述倾斜转移栅极底下到达所述浮动扩散部的电荷转移路径与图像电荷从所述光电二极管穿过所述半导体衬底到达所述浮动扩散部的电荷泄漏路径是非重叠的路径。
11.根据权利要求1所述的像素电路，其中所述倾斜转移栅极是包含于所述像素电路中的多个栅极结构中的一者，其中所述多个栅极结构安置在所述前侧表面及深入所述半导体衬底的所述前侧表面中的所述沟槽上方。12.根据权利要求11所述的像素电路，其进一步包括：触点蚀刻停止层，其安置于所述多个栅极结构、所述前侧表面及蚀刻到半导体衬底的所述前侧表面中的所述沟槽上方；层间电介质，其安置于所述触点蚀刻停止层上方；及多个触点，其中所述多个触点包含：多个前侧栅极结构触点，其通过所述层间电介质耦合到所述多个栅极结构中的安置于所述前侧表面上的栅极结构；及浮动扩散部触点，其通过所述层间电介质耦合到所述浮动扩散部。13.根据权利要求12所述的像素电路，其中所述多个触点进一步包含通过所述层间电介质耦合到所述倾斜转移栅极的安置于所述沟槽的所述底部表面的所述部分上方的一部分的倾斜转移栅极触点。14.根据权利要求13所述的像素电路，其中所述倾斜转移栅极安置于所述沟槽的所述倾斜侧表面的下部分上方。15.根据权利要求13所述的像素电路，其中所述倾斜转移栅极安置于所述沟槽的所述倾斜侧表面上方且进一步与所述半导体衬底的所述前侧表面齐平。16.根据权利...

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