CN101506983B - 用于拾取图像信号的像素和该像素的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够抑制干扰的用于拾取/抓取图像信号的像素。该用于拾取/抓取图像信号的像素包括被沟槽包围的基底，光电二极管和传输晶体管。光电二极管形成于基底的上表面下，其包括在纵向上互相连接的P型扩散区域和N型扩散区域。传输晶体管形成于所述基底的上表面上，沿基底的上表面与光电二极管相邻分布；传输晶体管的一端为所述互相连接的P型扩散区域和N型扩散区域，另一端为浮动扩散区域，传输晶体管还包括设置在所述两端之间的栅极端。用于拾取/抓取图像信号的像素被沟槽包围，该沟槽从基底的上部贯穿至其下部，并且该沟槽被绝缘体填充。
Description
技术领域
本发明涉及一种被包括在图像传感器中的像素，尤其涉及一种抑制像素间干扰出现的像素结构。
背景技术
一个图像传感器包括多个像素，相应于图像传感器上的入射图像信号，每个像素都会产生电信号。每个像素均包括直接接收图像信号的光电二极管。当光电二极管的区域增加时，光电二极管能够接受更有效的图像信号。根据现有技术的发展趋势，相应图像信号的电信号分辨率随着包含在图像传感器中的像素数量的增加而增大，并且图像传感器的尺寸在下降。为此，降低图像传感器的面积和每个像素的面积的技术手段已经被研究。
图1所示为一个互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的电路示意图。
如图1所示，像素单元100包括一个光电二极管PD，一个传输晶体管(pass transistor)M1，一个复位晶体管(reset transistor)M2，一个转换晶体管(conversion transistor)M3，一个选择晶体管M4和一个电容器C。
光电二极管PD根据入射图像信号对应生成电荷，传输晶体管M1执行开关操作，响应于传输控制信号PASS，传输或者阻断由光电二极管PD生成的电荷到传输晶体管M1(光电二极管PD连接于传输晶体管M1的一端)的另一端。电容器C的一端接至地电压GND，在电容器C的另一端中，通过执行开关操作的传输晶体管M1的电荷被积累。图1中所示的电容器C是一个浮动扩散区域的电模型，该区域被作为传输晶体管M1的另一末端。复位晶体管M2响应于一个复位控制信号RESET传输与供应电压VDD相应的电荷至电容器C。转换晶体管M3主要用于确定初始电压值V1，该V1由通过复位晶体管M2存储在电容器C中的电荷来确定，并且随后生成一个转换电压值V2，该转换电压值与由光电二极管生成的电荷影响前述 初始电压值V1而改变的电压值相等。像素中的选择晶体管M4响应于一个选择信号SEL输出初始电压值V1和转换电压值V2。
图1中所示的像素单元是一个传统的像素单元的举例，该像素的运工作原理是本领域技术人员所习知的，因此在此省略对于该像素的工作原理的细节性描述。
像素将图像信号转换为电信号的转换效率可以通过填充因数(fillfactor)来表示，该填充因数为被光电二极管所占用的区域与像素区域的比率。考虑到半导体的制造过程，填充因子的变化幅度一般在20％至45％之间。图1所示的像素采用了四个晶体管M1至M4，在像素区域中被这四个晶体管占用的区域会导致光电二极管占用区域的减少。最近，为了减少MOS晶体管的数量，有人提出一种在邻近像素间共享MOS晶体管的方法。虽然如此，被剩余MOS晶体管所占用的区域依然过大，于是，有发明提出了一种分类单元像素(韩国专利申请号10-2005-0030568，2005年4月12日由LEE，Do-Young提出申请)。
通过上述发明，在自四个MOS晶体管中用于生成与图像信号相应的电荷的传输晶体管M1和光电二极管PD被制造在一个晶片之中，用于将电荷转换为相应的电压从而输出的剩余晶体管M2和M4被制造至另一个晶片之中，两个晶片在不同的芯片实现。然后，上述芯片互相电连接来使用。由于用于生成与图像信号相应的电荷的传输晶体管M1和光电二极管被制造至一个单独的晶片中，光电二极管的占用区域能够被增加，从而使填充因子得到可观的改善。其中的具体细节参见上述韩国专利申请。
图2所示是一个分类单元像素半导体晶片的剖面示意图，其中光电二极管和传输晶体管根据上述发明所述的方法设置。
如图2所示，光电二极管PD包括互相连接在一起的一个P型扩散区域P和一个N型扩散区域N。由虚线圆圈所表示的传输晶体管由控制信号PASS施加到阴影线的门区域G来工作，传输晶体管的一端为光电二极管PD的一部分，包括连接的P型扩散区域P、N型扩散区域N，其另一端为一个浮动扩散区域(floating diffusion area)FD。包括早一个像素中的处于虚线圆圈中的传输晶体管和光电二极管(PN结区域)被一个浅槽隔离物(shallow trench insulator，STI)结构包围。因此，能够阻止相应于一个入射图像信号的像素所生成的电子被传输至邻近的像素。
这种现象被称之为干扰(cross talk)。当这种干扰发生，通过转换入射图像信号而获得的电信号重现时，原图像信号不能被正确显示。
发明内容
技术问题
技术问题
[12]本发明提供一种能够抑制干扰出现的用于拾取图像信号的像素。
技术方案
[13]本发明还提供一种能够抑制干扰出现的用于拾取图像信号的像素的制造方法。
技术方案
附图说明
[14]根据本发明的一个方面，提供一种用于拾取图像信号的像素，用于拾取图像信号并生成相应于图像信号的电荷。该用于拾取图像信号的像素包括填充了绝缘体的沟槽所包围的基底、光电二极管和传输晶体管。所述光电二极管形成于基底的上表面下，包括在纵向上互相连接的P型扩散区域和N型扩散区域。所述传输晶体管形成于基底的上表面上，沿所述基底的上表面与所述光电二极管相邻分布；所述传输晶体管的一端为所述互相连接的P型扩散区域和N型扩散区域，另一端为浮动扩散区域，所述传输晶体管还包括设置在所述两端之间的栅极端。用于拾取图像信号的像素被从基底的上部贯穿至基底下部的沟槽包围，并且该沟槽被绝缘体填满。
[15]根据本发明的另一方面，提供一种用于拾取图像信号的像素的制造方法，该方法包括如下步骤：在基低的上部形成光电二极管、浮动扩散区域和栅极端；形成一个完全包围所述光电二极管、所述浮动扩散区域和栅极端的沟槽区域，并且所述沟槽区域具有从所述基底的上部到下部的第一深度；将所述沟槽区域的一部分形成为比所述第一深度更深的第二深度；和在所述沟槽区域填充绝缘体。
[16]图1为示出互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的像素单元的电路图。
[17]图2为示出依照相关技术的分类单元像素的半导体晶片的剖面示意图，一个光电二极管和一个传输晶体管实现于其中。
图3为示出根据本发明的用于拾取图像信号的像素的垂直剖面示意图。
图4示出根据本发明的两个用于拾取图像信号的像素之间的连接关系的示意图。
图5为图4中沿A-A′方向的剖面图。
图6为图4中沿B-B′方向的剖面图。
图7示出根据本发明的四个用于拾取图像信号的像素之间的连接关系的示意图。
图8示出根据本发明的四个用于拾取图像信号的像素之间的连接关系的示意图。
具体实施方式
下面，将根据附图对本发明的优选的实施方式作详细的表述。
图3为示出根据本发明的用于拾取图像信号的像素的垂直剖面示意图。
如图3所示，用于拾取图像信号的像素300包括一个光电二极管PD和传输晶体管。
所述光电二极管PD形成于基底SUB的表面，包括在纵向上互相连接在一起的一个P型扩散区域P和一个N型扩散区域N。所述传输晶体管也形成于所述基底SUB的表面。传输晶体管的一端与所述N型扩散区域N连接，另一末端是一个浮动扩散区域FD。该传输晶体管由一个施加到门极(画有阴影线的区域)的传输控制信号PASS控制。该栅极(画有阴影线的区域)可以有多晶硅制成。该用于拾取图像信号的像素被一个沟槽包围，该沟槽从所述基底的上部至其下部贯穿所述基底，并且该沟槽被绝缘体填充。该沟槽形成为所述基底的下部相连接，从而使得所述像素具有不同于图2中所示的传统的像素所具有的结构，所述像素能够完全与邻近的像素隔离。
图3中所示的根据本发明的用于拾取图像信号的像素所具有的优势在于，光电二极管生成的电荷传输至邻近像素的通道被阻断，从而使干扰能够被抑制。
在图3中，当沟槽在开始被建立时，该沟槽被形成为从所述基底的上部至下部贯穿所述晶片。但是，为了获得如图3所示的用于拾取图像信号的像素，沟槽的构建还包括通过磨削所述晶片的下表面而暴露出所述沟槽的下部。稍后将描述制造具有前面所述结构的用于拾取图像信号的像素的方法。
一般说来，半导体电路只有在基底上施加稳定的偏压时才能够稳定的工作。为此，在本发明中所述的用于拾取图像信号的像素中，一个稳定的偏压施加于所述基底。
根据基底的形状，确定将光电二极管PD的P型扩散区域和N型扩散区域其中哪一个设置于上部或者下部。浮动扩散区域FD的类型一般不同于基底的类型。例如，当基底是P型时，浮动扩散区域FD是N型。
图4示出根据本发明的两个用于拾取图像信号的像素之间的连接关系的示意图。
参见图4，左边的用于拾取图像信号的像素P1和右边的用于拾取图像信号的像素P2通过一个基底桥401互相连接。
贯通上述两个用于拾取图像信号的像素的A-A′方向的剖面表示一个不包括基底桥401的剖面，另一剖面B-B′表示包括基底桥401的剖面。
图5为图4中沿A-A′方向的剖面图。
参见图5，左边的用于拾取图像信号的像素P1与右边的用于拾取图像信号的像素P2通过一个填充绝缘体的沟槽隔离开。
图6为图4中沿B-B′方向的剖面图。
参见图6，左边的用于拾取图像信号的像素P1的一部分与右边的用于拾取图像信号的像素P2通过一个填充绝缘体的沟槽隔离开。但是，P1剩余的部分通过基底桥401与右边的像素P2电连接。
返回图4，根据本发明，左边的用于拾取图像信号的像素P1与右边的用于拾取图像信号的像素P2接触的大部分基底区域被填充绝缘体的沟槽隔离开，其最小的区域401被保留作为桥，由此防止像素P1和P2彼此电绝缘，而且干扰被抑制。
图7示出根据本发明的四个用于拾取图像信号的像素之间的连接关系的示意图。
参见图7，四个用于拾取图像信号的像素P1至P4通过设置在中央部 分的基底桥(画有阴影线的区域)互相连接。
图8示出根据本发明的四个用于拾取图像信号的像素之间的连接关系的示意图。
参见图8，在四个彼此电隔离的用于拾取图像信号的像素P1至P4的每一个像素上形成扩散区域，并且在扩散区域上形成接触部。该接触部通过一根金属线互相连接。在这种情况，基底桥401不存在于包围像素的沟槽中。尽管在图8中没示出，施加到所述基底的偏压被施加到金属连线的一侧。因此，由于偏压必需被施加于作为像素的基础的基底区域，所以需要接触部和金属连线。
下面，将描述制造图4至图7所示的根据本发明的用于拾取图像信号的像素的方法，具体为描述一种半导体制造过程。
首先，光电二极管、浮动扩散区域和栅极形成于基底的上部。初次形成完全包围上述光电二极管、浮动扩散区域和栅极的沟槽区域，其具有从基底的上部至其下部的第一深度。在此，该第一深度用于限定将被作为基底桥的一个区域。沟槽区域的一部分再次形成为具有比上述第一深度更深的第二深度。该再次形成的具有第二深度的沟槽用于像素彼此间的电隔离。形成具有不同深度的沟槽并用绝缘体填充。最后，磨削基底下部。在此，进行磨削操作以暴露出第二深度。根据前述操作制造的本发明的用于拾取图像信号的像素的剖面图如图3所示。
下面简要描述制造用于拾取图像信号的像素的方法。
首先，光电二极管、浮动扩散区域和栅极形成于基底的上部。
其次，形成完全包围上述光电二极管、浮动扩散区域和栅极的沟槽区域，使其具有从基底的上部至其下部的第一深度。
第三，沟槽区域的一部分被形成为具有比上述第一深度更深的第二深度。
第四，用绝缘体填充所述沟槽区域。
最后，磨削基底的下部以暴露出第二深度。
尽管已示出和描述了本发明的优选实施例，可以设想，本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本发明的各种修改。
工业适用性
如上所述，本发明提供的用于拾取图像信号的像素及其制造方法能够阻止由图像信号生成的电子在邻近的像素间传输，从而抑制干扰的发生。
Claims (11)
1.一种用于拾取图像信号的像素，包括：
光电二极管，其形成于基底的上表面下，所述光电二极管包括在纵向上互相连接的P型扩散区域和N型扩散区域；和
传输晶体管，其形成于所述基底的上表面上，沿所述基底的上表面与所述光电二极管相邻分布；所述传输晶体管的一端为所述互相连接的P型扩散区域和N型扩散区域，另一端为浮动扩散区域，所述传输晶体管还包括设置在所述两端之间的栅极端；
其中，所述用于拾取图像信号的像素被由所述基底的上部贯穿至所述基底的下部的沟槽包围，所述沟槽被绝缘体填充。
2.如权利要求1所述的像素，其特征在于：
所述光电二极管的所述P型扩散区域和N型扩散区域的位置根据基底的形状确定。
3.如权利要求1所述的像素，其特征在于：
所述浮动扩散区域的类型不同于所述基底的类型。
4.如权利要求1所述的像素，其特征在于：
包围所述用于拾取图像信号的像素而形成的所述沟槽的一部分和填充所述沟槽的绝缘体的一部分形成为具有从所述基底的上部开始但未贯穿所述基底的预定深度。
5.如权利要求1所述的像素，其特征在于所述像素还包括：
扩散区域，其包括与所述基底同样类型的杂质；
接触部，其形成于所述扩散区域中；以及
金属线，其通过所述接触部电连接所述扩散区域。
6.如权利要求1所述的像素，其特征在于：
所述栅极由多晶硅制成。
7.一种权利要求1中所述的用于拾取图像信号的像素的制造方法，该方法包括如下步骤：
在基底的上部形成所述光电二极管、所述浮动扩散区域和所述栅极；
形成完全包围所述光电二极管、所述浮动扩散区域和所述栅极的沟槽区域，所述沟槽区域具有由所述基底的上部至所述基底的下部的第一深度；
将所述沟槽区域的一部分形成为具有比所述第一深度更深的一个第二深度；和
在所述沟槽区域填充绝缘体。
8.如权利要求7所述的方法，在所述沟槽区域填充绝缘体的步骤之后，进一步包括磨削所述基底的下部以暴露出所述第二深度的步骤。
9.一种晶片，其包括多个如权利要求1所述的用于拾取图像信号的像素。
10.如权利要求9所述的晶片，其特征在于：
包围所述用于拾取图像信号的像素的所述沟槽的一部分形成为具有从所述基底的上部开始但并未贯穿所述基底的预定深度。
11.如权利要求9所述的晶片，其特征在于：
所述用于拾取图像信号的像素由扩散区域、接触部以及金属线形相互电连接；其中所述扩散区域成于所述像素中；所述接触部形成于所述扩散区中；所述金属线通过所述接触部电连接至所述扩散区域。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170222 Address after: South Korea Gyeonggi Do Rikawa Shio Yi Beijing Zhong Road 2091 bowl Patentee after: Hynix Semiconductor Co., Ltd. Address before: Seoul, South Kerean Patentee before: Siliconfile Technologies Inc. |