CN109411488B - 一种半导体器件及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种半导体器件包括：形成在衬底中的光电二极管；以及具有栅极部件的至少一个晶体管，其中，栅极部件包括第一部分和连接至第一部分的端部的第二部分，第一部分设置在衬底的主表面之上并且沿着衬底的主表面延伸，以及第二部分从衬底的主表面延伸到衬底中，其中，光电二极管和至少一个晶体管至少部分地形成像素。本发明实施例涉及一种半导体器件及其形成方法。
Description
技术领域
本发明实施例涉及一种半导体器件及其形成方法。
背景技术
集成电路(IC)技术不断得到改进。这种改进通常涉及按比例缩小器件几何形状以实现更低的制造成本、更高的器件集成密度、更高的速度和更好的性能。除了由这种减小的几何尺寸导致的各种优势之外，正在对IC器件(例如，图像传感器件)直接进行改进。
通常，图像传感器件包括用于检测入射光和记录入射光的强度(或亮度)的像素阵列(或网格)。每个像素包括配置为检测入射光并将检测到的入射光转换为电信号(例如，光电流/电流信号)的至少一个光敏二极管(以下称为“光电二极管”)，以及连接至光电二极管的多个晶体管(在下文中称为“像素晶体管”)，它们共同地配置为处理电信号以记录检测到的入射光的强度或亮度。
为了评估图像传感器件的性能，通常考虑图像传感器件的各种特性，其中，重要的一个是图像传感器件的量子效率。通常由图像传感器件的“填充因子”确定这种量子效率。填充因子计算为光电二极管所占据的芯片面积除以相应像素的总芯片面积的比率。然而，在传统的图像传感器件中，平面地形成上述像素晶体管中的至少一个。即，至少一个像素晶体管的相应栅极部件仅沿着像素的主表面横向延伸。当以这种完全横向的方式形成栅极部件时，由于在给定的芯片面积上方，可能显著地减小可用于设置光电二极管的芯片面积，所以可能不利地减小填充因子。
因此，现有的图像传感器件及其制造方法并不完全令人满意。
发明内容
根据本发明的一些实施例，提供了一种半导体器件，包括：光电二极管，形成在衬底中；以及至少一个晶体管，具有从所述衬底的主表面至少部分地延伸到所述衬底中的栅极部件，其中，所述光电二极管和所述至少一个晶体管至少部分地形成像素。
根据本发明的另一些实施例，还提供了一种半导体器件，包括：光电二极管，形成在衬底中；以及至少一个晶体管，具有栅极部件，其中，所述栅极部件包括第一部分和连接至所述第一部分的端部的第二部分，所述第一部分设置在所述衬底的主表面之上并且沿着所述衬底的主表面延伸，以及所述第二部分从所述衬底的主表面延伸到所述衬底中，其中，所述光电二极管和所述至少一个晶体管至少部分地形成像素。
根据本发明的又一些实施例，还提供了一种形成半导体器件的方法，包括：形成延伸到衬底中的隔离部件；在所述衬底中形成由所述隔离部件围绕的第一半导体区和第二半导体区；凹进所述隔离部件的部分以暴露所述隔离部件的面向所述第一半导体区和所述第二半导体区但与所述第一半导体区和所述第二半导体区横向间隔开的侧壁；以及形成沿着所述衬底的主表面延伸并填充所述隔离部件的凹进部分的栅极部件。
附图说明
当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳地理解本发明的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。
图1示出根据一些实施例的形成半导体器件的示例性方法的流程图。
图2A、图2B、图2C、图2D、图2E、图2F、图2G、图2H、图2I、图2J示出根据一些实施例的在通过图1的方法制造的各个制造阶段期间的示例性半导体器件的截面图。
图3示出根据一些实施例的通过图1的方法制造的示例性半导体器件的示例性顶视图。
具体实施方式
以下公开内容描述了各种示例性实施例以实现主题的不同特征。以下将描述组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例并不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例，也可以包括形成在第一部件和第二部件之间的附加部件使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。此外，本发明可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
而且，为了便于描述，在此可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，并且在此使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。
本发明提供了图像传感器件以及形成该图像传感器件的方法的各种实施例。在一些实施例中，所公开的图像传感器件包括形成在半导体衬底上的多个像素，每个像素包括形成在半导体衬底中的至少一个光电二极管和至少部分地延伸到半导体衬底中的具有相应的栅极部件的至少一个像素晶体管。通过以这种方式在多个像素的每个中形成至少一个像素晶体管，由于可以减小像素晶体管延伸的横向距离，所以可以显著地增加所公开的图像传感器件的相应填充因子，这允许在给定的芯片区上方设置更多的光电二极管。这样，相比于现有的图像传感器件，可以显著地提高所公开的图像传感器件的性能(例如，量子效率)，同时保持所公开的图像传感器件的形成区域不变。
图1示出根据本发明的一个或多个实施例的形成半导体器件的方法100的流程图。应当注意，方法100仅是实例，而不旨在限制本发明。在一些实施例中，半导体器件是图像传感器件的至少部分。如本发明所采用的，图像传感器件是指能够检测光信号(例如，光子)，将其转换为电信号并处理该电信号的任何器件。例如，图像传感器件可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感(CIS)器件、有源像素传感器件、电荷耦合器件(CCD)或无源像素传感器件。应当注意，图1的方法100不产生完整的图像传感器件。可以使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术处理来制造完整的图像传感器件。因此，应该理解，在图1的方法100之前、期间和/或之后可以提供额外的操作，并且本文中可以仅简要地描述一些其他操作。
在一些实施例中，方法100从其中提供衬底的操作102开始。在一些实施例中，衬底本征地或外在地掺杂有第一掺杂类型(例如，p型)。方法100继续至操作104，其中，在衬底上方形成凹进区域。在一些实施例中，形成为环状结构的凹进区域从其正表面延伸到衬底中。方法100继续至操作106，其中，在衬底上方沉积隔离介电材料。在一些实施例中，隔离介电材料覆盖衬底的正表面，并且因此填充凹进区域。方法100继续至操作108，其中，形成隔离部件。在一些实施例中，通过对隔离介电材料实施抛光工艺(例如，化学机械抛光(CMP)工艺)直到衬底的正表面再次暴露来形成隔离部件。这样，隔离部件可以遵循凹进区域的轮廓(例如，环状结构)。换言之，隔离部件限定(例如围绕)将形成至少一个像素的有源区。方法100继续至操作110，其中，在衬底上方形成第一半导体区。在一些实施例中，第一半导体区掺杂有与第一掺杂类型相反的第二掺杂类型(例如，n型)。并且，第一半导体区被隔离部件横向地围绕(即，在上述有源区内)并以第一深度向内延伸到衬底中。方法100继续至操作112，其中，在第一半导体区上方形成第二半导体区。在一些实施例中，第二半导体区掺杂有第一掺杂类型(例如，p型)。并且，第二半导体区以比第一深度更浅的第二深度向内延伸到衬底(或第一半导体区)中。这样，可以在衬底中形成与两种不同的掺杂类型(两种不同的导电类型)连通的结并且隔离部件围绕该结。
接下来，方法100继续至操作114，其中，凹进隔离部件的至少部分。在一些实施例中，在凹进隔离部件的至少部分之后，可以再次暴露通过隔离介电材料填充的凹进区域(在操作104中形成)的部分。方法100继续至操作116，其中，形成栅极介电层。在一些实施例中，栅极介电层形成在衬底的正表面上方，因此作为隔离部件的凹进区域的衬垫。方法100继续至操作118，其中，在栅极介电层上方形成栅极材料。例如，这种栅极材料可以包括多晶硅材料。在一些实施例中，由于栅极材料层(在操作116中形成)大致是薄的，所以在形成栅极介电层之后可能仍然存在“沟槽”。这样，通常形成为相对厚的层的栅极材料可以重新填充沟槽并覆盖衬底的正表面。可选地，通过栅极材料层的部分作为衬里的栅极材料的部分通过隔离部件向内延伸到衬底中，这将在下面进一步详细讨论。方法100继续至操作120，其中，在衬底上方形成栅极堆叠件。在一些实施例中，栅极堆叠件包括图案化的栅极介电层和延伸到衬底中并且从衬底的正表面突出的栅极材料。
在一些实施例中，方法100的操作可以分别与如图2A、图2B、图2C、图2D、图2E、图2F、图2G、图2H、图2I和图2J中所示的各种制造阶段处的半导体器件200的截面图相关联。在一些实施例中，半导体器件200可以仅包括图像传感器件的多个像素中的一个。图像传感器件200可以包括在微处理器、存储器单元和/或其他集成电路(IC)中。而且，为了更好地理解本发明的概念，简化图2A至图2J。例如，尽管图示出了图像传感器件200，但应当理解，其中形成图像传感器件200的IC可包括任何期望数量的包括电阻器、电容器、电感器、熔丝等的其他器件，并且为了清楚说明的目的，在图2A至图2J中未示出均基本上类似于所示像素的其他像素。
对应于图1的操作102，图2A是根据一些实施例的在各个制造阶段中的一个处提供的包括衬底202的图像传感器件200的截面图。如所示，衬底202包括正表面(还称为前侧)203和背表面(还称为背侧)205。衬底202包括掺杂有诸如硼的第一掺杂类型的掺杂剂(例如，p型掺杂剂)的硅衬底，在这种情况下衬底202是p型衬底。在一些其他实施例中，衬底202可以包括另一合适的半导体材料。例如，衬底202可以是掺杂有诸如磷或砷的不同掺杂类型的掺杂剂(例如，n型掺杂剂)的硅衬底，在这种情况下衬底202是n型衬底。为了一致性，在下面的讨论中，p型掺杂剂和n型掺杂剂在本文中分别称为“第一类型掺杂剂”和“第二类型掺杂剂”。仍在一些其他实施例中，衬底202可以包括诸如锗和金刚石的其他元素半导体。衬底202可以可选地包括化合物半导体和/或合金半导体。此外，在一些可选实施例中，衬底202可以包括外延层(epi层)，可以应变外延层以增强性能，并且可以包括绝缘体上硅(SOI)结构。
对应于图1的操作104，图2B是根据一些实施例的在各个制造阶段中的一个处形成的包括凹进区域206的图像传感器件200的截面图。如图所示，凹进区域206形成为从正表面203向内延伸到衬底202中。在一些实施例中，当从顶部观察时，凹进区域206可以形成为环状结构以围绕有源区207，其中，这种有源区207可以用于形成图像传感器件200的至少一个像素，其可以包括至少一个光电二极管和一个像素晶体管，如将在下面讨论的。
在一些实施例中，凹进区域206可以通过实施以下工艺中的至少一些来形成：使用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、旋涂和/或其他合适的技术来在衬底202的正表面203上方沉积一个或多个可去除层(例如，光刻胶层、硬掩模层等)；实施一个或多个图案化工艺(例如，光刻工艺、干/湿蚀刻工艺、清洁工艺、软/硬烘焙工艺等)以形成穿过一个或多个可去除层的开口；利用图案化的可去除层作为掩模，使用一个或多个(干和/或湿)蚀刻工艺来凹进衬底202的上部；以及去除一个或多个可去除层。
对应于图1的操作106，图2C是根据一些实施例的包括在各个制造阶段中的一个处沉积的隔离介电材料208的图像传感器件200的截面图。如图所示，隔离介电材料208形成为覆盖衬底202的正表面203，并且因此填充凹进区域206。在一些实施例中，隔离介电材料208可以包括诸如，例如氧化硅的多种氧化物材料中的任何一种。在一些实施例中，使用CVD、PVD和/或其他合适的沉积技术，通过隔离介电材料208填充凹进区域206来覆盖衬底202的正表面203。
对应于图1的操作108，图2D是根据一些实施例的在各个制造阶段中的一个处形成的包括隔离部件210的图像传感器件200的截面图。在一些实施例中，隔离部件210是填充凹进区域206的隔离介电材料。因此，隔离部件210可遵循与凹进区域206相同的轮廓，即围绕有源区207的环状结构。隔离部件210通常称为浅沟槽隔离(STI)部件。尽管在图2D的说明性实施例(以及下面的图)中未示出，但应当理解，可以在隔离部件210周围形成一个或多个其他隔离部件(例如，深沟槽隔离部件)以进一步改进隔离部210的隔离能力(例如，减少相邻像素之间的串扰)，同时保持在本发明的范围内。在一些实施例中，通过对隔离介电材料(图2C)实施抛光工艺(例如，化学机械抛光(CMP)工艺)直到再次暴露衬底202的正表面203来形成隔离部件210。
对应于图1的操作110，图2E是根据一些实施例的包括在各个制造阶段中的一个处形成的第一半导体区212的图像传感器件200的截面图。如图所示，沿着衬底202的正表面203形成第一半导体区212，以部分地覆盖衬底202，同时暴露衬底202的部分213，并且第一半导体区以深度212'从正表面203向内延伸到衬底202中。在一些实施例中，第一半导体区212掺杂有与衬底202的掺杂类型相反的第二掺杂类型(n型)。在一些可选实施例中，可以沿着衬底202的正表面203形成第一半导体区212以完全覆盖衬底202(即，不存在这种暴露部分213)。
在一些实施例中，第一半导体区212可以通过以下工艺中的至少一些来形成：使用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、旋涂和/或其他合适的技术来在衬底202上方沉积可去除层(例如，光刻胶层、硬掩模层等)；实施一个或多个图案化工艺(例如，光刻工艺、干/湿蚀刻工艺、清洁工艺、软/硬烘焙工艺等)以形成穿过可去除层的开口，其中，隔离部件210围绕开口；利用图案化的可去除层作为掩模，实施掺杂工艺(例如，离子注入工艺、扩散工艺等)，以将具有第二掺杂类型(n型)的多种掺杂剂结合到衬底202中；去除可去除层；并且实施可选的退火工艺以激活结合的掺杂剂。
对应于图1的操作112，图2F是根据一些实施例的包括在各个制造阶段中的一个处形成的第二半导体区214的图像传感器件200的截面图。如图所示，沿着衬底202的正表面203形成第二半导体区214，以部分地覆盖第一半导体区212，同时暴露第一半导体区212的部分215，并且第二半导体区214以深度214'向内延伸到第一半导体区212中，其中，深度214'比第一半导体区212的深度212'更浅。
在一些实施例中，类似于衬底202，第二半导体区214也掺杂有第一掺杂类型(p型)但以升高的浓度掺杂。如此，可以在第一半导体区212和第二半导体区214之间的界面处形成p-n结215，并且在一些实施例中，第一半导体区212和第二半导体区214(具有p-n结215)可以用作由隔离部件210围绕的像素的光电二极管。通过本发明采用的，这种光电二极管可以配置为将从正表面203或背表面205入射的辐射源(例如，光)转换为电流信号，这将在下面进一步详细讨论。此外，根据一些实施例，至少部分地由于升高的掺杂浓度，典型地称为“钉扎层”的第二半导体区214可以配置为向第一半导体区212提供隔离部件。
在一些实施例中，第二半导体区214可以通过以下工艺中的至少一些来形成：使用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、旋涂和/或其他合适的技术来在衬底202上方沉积可去除层(例如，光刻胶层、硬掩模层等)；实施一个或多个图案化工艺(例如，光刻工艺、干/湿蚀刻工艺、清洁工艺、软/硬烘焙工艺等)以形成穿过可去除层的开口，其中，开口与第一半导体区212对准(例如，横向地限制在由第一半导体区212限定的区域内)；利用图案化的可去除层作为掩模，实施掺杂工艺(例如，离子注入工艺、扩散工艺等)，以将具有第一掺杂类型(p型)的多种掺杂剂结合到第一半导体区212中；去除可去除层；并且实施可选的退火工艺以激活结合的掺杂剂。
对应于图1的操作114，图2G是根据一些实施例的其中在各个制造阶段中的一个处凹进部分隔离部件210的图像传感器件200的截面图。如图2G的所示的实施例(以及以下图)所示，隔离部件210的凹进部分横向邻近正表面203的暴露部分213，其形成横向邻近正表面203的暴露部分213的沟槽218。应当注意，沟槽218是凹进区域206(图2B)的部分。更特别地，在一些实施例中，在形成沟槽218之后，再次分别暴露凹进区域206的侧壁(还是沟槽218的侧壁218-1)的至少相应上部和/或凹进区域206的底部边界(还是沟槽218的底部边界)的至少部分。
在一些实施例中，沟槽218可以通过实施以下工艺中的至少一些来形成：使用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、旋涂和/或其他合适的技术来在衬底202的正表面203上方沉积一个或多个可去除层(例如，光刻胶层、硬掩模层等)；实施一个或多个图案化工艺(例如，光刻工艺、干/湿蚀刻工艺、清洁工艺、软/硬烘焙工艺等)以形成穿过一个或多个可去除层的开口，其中，开口与要形成沟槽218的区域对准；利用图案化的可去除层作为掩模，使用一个或多个(干和/或湿)蚀刻工艺来凹进隔离部件210的部分；以及去除一个或多个可去除层。
对应于图1的操作116，图2H是根据一些实施例的包括在各个制造阶段中的一个处形成的栅极介电层220的图像传感器件200的截面图。如图所示，形成栅极介电层220以覆盖衬底202。更具体而言，栅极介电层220覆盖隔离部件210、第一半导体区212和第二半导体区214、衬底202的正表面203的暴露部分213和沟槽218。在一些实施例中，由于栅极介电层220是大致薄的且共形，所以栅极介电层220可形成为内衬于沟槽218，即沿着侧壁218-1及底部边界218-2延伸，而不是完全填充沟槽218。
在一些实施例中，栅极介电层220由高介电常数(以下称为“高k”或“HK”)材料形成。高k材料可以包括金属氧化物、金属氮化物、金属硅酸盐、过渡金属氧化物、过渡金属氮化物、过渡金属硅酸盐、金属氮氧化物、金属铝酸盐、硅酸锆、铝酸锆、它们的组合或其他合适的化合物。示例性高k材料还包括氧化铪(HfO2)、氧化硅铪(HfSiO)、氮氧化硅铪(HfSiON)、氧化铪钽(HfTaO)、氧化铪钛(HfTiO)、氧化铪锆(HfZrO)、它们的组合和/或其他合适的材料。可选地，高k材料可以包括诸如LaO、AlO、ZrO、TiO、Ta2O5、Y2O3、SrTiO3(STO)、BaTiO3(BTO)、BaZrO、HfLaO、HfSiO、LaSiO、AlSiO、(Ba,Sr)TiO3(BST)、Al2O3、Si3N4的其他高k电介质和/或其他合适的材料。尽管在本文中描述为包括高k材料的实施例，但是其他介电材料(例如，SiO2)也是可能的并且在本发明的范围内。在一些实施例中，可以通过使用原子层沉积(ALD)、CVD或PVD技术来在衬底202上方沉积上述介电材料中的至少一种来形成栅极介电层220。
对应于图1的操作118，图2I是根据一些实施例的包括在各个制造阶段中的一个处形成的栅极材料222的图像传感器件200的截面图。如图所示，栅极材料222覆盖衬底202，并且由于栅极材料222形成为大致厚的，所以利用栅极材料222重新填充沟槽218。根据一些实施例，例如，可以通过使用CVD或PVD技术在衬底202上方沉积多晶硅来形成包括多晶硅材料的栅极材料222。
对应于图1的操作120，图2J是根据一些实施例的包括在各个制造阶段中的一个处形成的栅极堆叠件226的图像传感器件200的截面图。根据一些实施例，栅极堆叠件226包括图案化的栅极介电层220'和图案化的栅极材料222'。在图2J的所示实施例中，栅极堆叠件226包括至少两个部分：沿着衬底202的正表面203横向延伸的第一部分226-1；以及从正表面203向内延伸到衬底202中的第二部分226-2。此外，在一些实施例中，第一部分226-1沿着衬底202的正表面203横向延伸以至少部分地覆盖第一半导体区212的部分215。
在一些实施例中，栅极堆叠件226可以通过实施以下工艺中的至少一些来形成：使用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、旋涂和/或其他合适的技术来在栅极材料222上方沉积一个或多个可去除层(例如，光刻胶层、硬掩模层等)；实施一个或多个图案化工艺(例如，光刻工艺、干/湿蚀刻工艺、清洁工艺、软/硬烘焙工艺等)以形成穿过一个或多个可去除层的开口，其中，开口与将不形成栅极堆叠件226的区域对准；利用图案化的可去除层作为掩模，使用一个或多个(干和/或湿)蚀刻工艺来凹进栅极材料222和栅极介电层220的相应部分；以及去除一个或多个可去除层。
如上所述，第一半导体区212和第二半导体区214形成由隔离部件210围绕的像素的光电二极管。在一些实施例中，栅极堆叠件226可以形成为像素的传输晶体管的“传输栅极”。在操作中，光电二极管首先吸收从正表面203或背表面205入射的辐射源，并且将辐射源转换成第一半导体区212中(例如，靠近该部分215)的多个电子空穴对。然后，在一些实施例中，栅极堆叠件226配置为用作栅极以控制(调制)所产生的电子-空穴对(即，电流信号)到浮置扩散区(在图2J的截面图中未示出)的“流动”。这种扩散区进一步连接至像素的一个或多个其他晶体管(例如，复位晶体管、源极跟随器晶体管、选择器晶体管等)以允许一个或多个其他晶体管进一步处理所产生的电流信号。
在传统的图像传感器件中，传输晶体管的上述栅极堆叠件通常形成为仅沿着正表面203(即，没有第二部分226-2)延伸。当以这种完全横向配置的方式形成传输晶体管的栅极堆叠件时，可能引发各种问题。例如，由于传统的图像传感器件的多个像素的每个像素中的传输晶体管的栅极堆叠件仅沿着单个方向延伸，所以仅沿着该单一方向形成上述浮置扩散区。这样，可用于在多个像素上方形成光电二极管的沿着该方向的给定距离上的相应间距明显受到限制。因此，可用于形成光电二极管的“区域”减小，这不利地降低了填充因子，从而恶化了传统的图像传感器件的性能。
图3示出根据各个实施例的图像传感器器件200的示例性顶视图300。应当注意，分别沿着顶视图300的线A-A获取通过图2A-图2J所示的截面图。因此，除了如图2J所示的第一部分226-1和第二部分226-2之外，栅极堆叠件226还可以包括从第一部分226-1横向延伸，并且特别地从第一部分226-1倾斜的部分226-3。在一些实施例中，这种倾斜部分226-3可以设置在正表面203之上(图2J)，即不延伸到衬底202中，这允许在倾斜部分226-3的一侧301上设置光电二极管(由第一半导体区212和第二半导体区214形成)并且允许在倾斜部分226-3的与该侧301相对的另一侧303上设置上述悬置扩散区(图3的示例性实施例中的305)。这样，可以避免沿着线A-A的额外的距离，从而显著地增加可用于在所公开的图像传感器件200的多个像素上方形成光电二极管的相应间距。因此，与传统的图像传感器件相比，可以有利地增强所公开的图像传感器件200的性能。
在实施例中，一种半导体器件包括：形成在衬底中的光电二极管；以及至少一个晶体管，具有从衬底的主表面至少部分地延伸到衬底中的栅极部件，其中，光电二极管和至少一个晶体管至少部分地形成像素。
在另一实施例中，一种半导体器件包括：形成在衬底中的光电二极管；以及具有栅极部件的至少一个晶体管，其中，栅极部件包括第一部分和连接至第一部分的端部的第二部分，第一部分设置在衬底的主表面之上并且沿着衬底的主表面延伸，以及第二部分从衬底的主表面延伸到衬底中，其中，光电二极管和至少一个晶体管至少部分地形成像素。
在又一实施例中，一种方法包括：形成延伸到衬底中的隔离部件；在衬底中形成由隔离部件围绕的第一半导体区和第二半导体区；凹进隔离部件的部分以暴露隔离部件的面向第一半导体区和第二半导体区但与第一半导体区和第二半导体区横向间隔开的侧壁；以及形成沿着衬底的主表面延伸并填充隔离部件的凹进部分的栅极部件。
根据本发明的一些实施例，提供了一种半导体器件，包括：光电二极管，形成在衬底中；以及至少一个晶体管，具有从所述衬底的主表面至少部分地延伸到所述衬底中的栅极部件，其中，所述光电二极管和所述至少一个晶体管至少部分地形成像素。
在上述半导体器件中，所述光电二极管包括：第一半导体区，位于掺杂有第一掺杂类型的所述衬底中；以及第二半导体区，位于掺杂有第二掺杂类型的所述第一半导体区上方。
在上述半导体器件中，所述第一掺杂类型和所述第二掺杂类型彼此不同。
在上述半导体器件中，所述至少一个晶体管的栅极部件包括在所述衬底的主表面之上延伸的第一部分和从所述衬底的主表面延伸到所述衬底中的第二部分。
在上述半导体器件中，所述至少一个晶体管的栅极部件的第一部分横向地连接至所述第一半导体区，并且所述至少一个晶体管的栅极部件的第二部分与所述第一半导体区横向地间隔开。
在上述半导体器件中，所述至少一个晶体管的栅极部件包括栅极氧化物层和多晶硅层，所述栅极氧化物层和所述多晶硅层均包括沿所述衬底的主表面延伸的横向部分和延伸到所述衬底中的垂直部分。
在上述半导体器件中，所述至少一个晶体管是所述像素的传输门晶体管。
在上述半导体器件中，还包括：隔离部件，延伸到所述衬底中，围绕所述光电二极管和所述至少一个晶体管。
根据本发明的另一些实施例，还提供了一种半导体器件，包括：光电二极管，形成在衬底中；以及至少一个晶体管，具有栅极部件，其中，所述栅极部件包括第一部分和连接至所述第一部分的端部的第二部分，所述第一部分设置在所述衬底的主表面之上并且沿着所述衬底的主表面延伸，以及所述第二部分从所述衬底的主表面延伸到所述衬底中，其中，所述光电二极管和所述至少一个晶体管至少部分地形成像素。
在上述半导体器件中，所述光电二极管包括：第一半导体区，位于掺杂有第一掺杂类型的所述衬底中；以及第二半导体区，位于掺杂有第二掺杂类型的所述第一半导体区上方。
在上述半导体器件中，所述第一掺杂类型和所述第二掺杂类型彼此不同。
在上述半导体器件中，所述至少一个晶体管的栅极部件的第一部分横向地连接至所述第一半导体区，并且所述至少一个晶体管的栅极部件的第二部分与所述第一半导体区横向地间隔开。
在上述半导体器件中，所述至少一个晶体管的栅极部件包括栅极氧化物层和多晶硅层，所述栅极氧化物层和所述多晶硅层均包括沿所述衬底的主表面延伸的横向部分和延伸到所述衬底中的垂直部分。
在上述半导体器件中，所述至少一个晶体管是所述像素的传输门晶体管。
在上述半导体器件中，还包括：隔离部件，延伸到所述衬底中，围绕所述光电二极管和所述至少一个晶体管。
在上述半导体器件中，所述隔离部件的至少部分直接接触所述至少一个晶体管的栅极部件的第二部分。
根据本发明的又一些实施例，还提供了一种形成半导体器件的方法，包括：形成延伸到衬底中的隔离部件；在所述衬底中形成由所述隔离部件围绕的第一半导体区和第二半导体区；凹进所述隔离部件的部分以暴露所述隔离部件的面向所述第一半导体区和所述第二半导体区但与所述第一半导体区和所述第二半导体区横向间隔开的侧壁；以及形成沿着所述衬底的主表面延伸并填充所述隔离部件的凹进部分的栅极部件。
在上述方法中，所述第一半导体区和第二半导体区形成图像传感器件的像素的光电二极管。
在上述方法中，所述栅极部件是连接至所述光电二极管的所述图像传感器件的像素的传输门晶体管的部分。
在上述方法中，所述栅极部件包括栅极氧化物层和多晶硅层，其中，所述栅极氧化物层和多晶硅层均包括沿着所述衬底的主表面延伸的横向部分和延伸到所述衬底中的垂直部分。
上面概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的各方面。本领域技术人员应该理解，他们可以容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实施与在此所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其他工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，在此他们可以做出多种变化、替换以及改变。
Claims (20)
1.一种半导体器件，包括：
光电二极管，形成在衬底中，其中，所述光电二极管具有位于掺杂有第一浓度的第一掺杂类型的所述衬底中的第一半导体区以及设置在所述第一半导体区上方并且掺杂有第二浓度的第一掺杂类型的第二半导体区，所述第二浓度高于所述第一浓度；
至少一个晶体管，具有从所述衬底的主表面至少部分地延伸到所述衬底中的栅极部件，所述至少一个晶体管的栅极部件包括在所述衬底的主表面之上延伸的第一部分和从所述衬底的主表面延伸到所述衬底中的第二部分；以及
隔离部件，延伸到所述衬底中，围绕所述光电二极管和所述至少一个晶体管，其中，所述隔离部件的至少部分直接接触所述至少一个晶体管的栅极部件的第二部分，
其中，所述光电二极管和所述至少一个晶体管至少部分地形成像素。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一半导体区掺杂有第二掺杂类型。
3.根据权利要求2所述的半导体器件，其中，所述第一掺杂类型和所述第二掺杂类型彼此不同。
4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述栅极部件的第二部分的底面与所述隔离部件的底面齐平。
5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述至少一个晶体管的栅极部件的第一部分横向地连接至所述第一半导体区，并且所述至少一个晶体管的栅极部件的第二部分与所述第一半导体区横向地间隔开。
6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述至少一个晶体管的栅极部件包括栅极氧化物层和多晶硅层，所述栅极氧化物层和所述多晶硅层均包括沿所述衬底的主表面延伸的横向部分和延伸到所述衬底中的垂直部分。
7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述至少一个晶体管是所述像素的传输门晶体管。
8.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括：
栅极部件的第三部分，从所述第一部分横向延伸并且倾斜。
9.一种半导体器件，包括：
光电二极管，形成在衬底中，其中，所述光电二极管具有位于掺杂有第一浓度的第一掺杂类型的所述衬底中的第一半导体区以及设置在所述第一半导体区上方并且掺杂有第二浓度的第一掺杂类型的第二半导体区，所述第二浓度高于所述第一浓度；以及
至少一个晶体管，具有栅极部件，其中，所述栅极部件包括第一部分和连接至所述第一部分的端部的第二部分，所述第一部分设置在所述衬底的主表面之上并且沿着所述衬底的主表面延伸，以及所述第二部分从所述衬底的主表面延伸到所述衬底中；以及
隔离部件，延伸到所述衬底中，围绕所述光电二极管和所述至少一个晶体管，其中，所述隔离部件的至少部分直接接触所述至少一个晶体管的栅极部件的第二部分，
其中，所述光电二极管和所述至少一个晶体管至少部分地形成像素。
10.根据权利要求9所述的半导体器件，还包括，栅极部件的第三部分，从所述第一部分横向延伸并且倾斜。
11.根据权利要求9所述的半导体器件，其中，所述第一半导体区掺杂有第二掺杂类型，所述第一掺杂类型和所述第二掺杂类型彼此不同。
12.根据权利要求9所述的半导体器件，其中，所述至少一个晶体管的栅极部件的第一部分横向地连接至所述第一半导体区，并且所述至少一个晶体管的栅极部件的第二部分与所述第一半导体区横向地间隔开。
13.根据权利要求9所述的半导体器件，其中，所述至少一个晶体管的栅极部件包括栅极氧化物层和多晶硅层，所述栅极氧化物层和所述多晶硅层均包括沿所述衬底的主表面延伸的横向部分和延伸到所述衬底中的垂直部分。
14.根据权利要求9所述的半导体器件，其中，所述至少一个晶体管是所述像素的传输门晶体管。
15.根据权利要求9所述的半导体器件，其中：
所述栅极部件的第二部分的底面与所述隔离部件的底面齐平。
16.根据权利要求15所述的半导体器件，其中，所述隔离部件是围绕所述光电二极管和所述至少一个晶体管的环状结构，所述栅极部件的至少部分嵌入在所述环状结构中。
17.一种形成半导体器件的方法，包括：
形成延伸到衬底中的隔离部件；
在所述衬底中形成由所述隔离部件围绕的第一半导体区和第二半导体区；
凹进所述隔离部件的部分以暴露所述隔离部件的面向所述第一半导体区和所述第二半导体区但与所述第一半导体区和所述第二半导体区横向间隔开的侧壁；以及
形成沿着所述衬底的主表面延伸并填充所述隔离部件的凹进部分的栅极部件。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一半导体区和第二半导体区形成图像传感器件的像素的光电二极管。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述栅极部件是连接至所述光电二极管的所述图像传感器件的像素的传输门晶体管的部分。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述栅极部件包括栅极氧化物层和多晶硅层，其中，所述栅极氧化物层和多晶硅层均包括沿着所述衬底的主表面延伸的横向部分和延伸到所述衬底中的垂直部分。
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