CN110707116B - 图像传感器单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种图像传感器单元，包括基板；感光元件，所述感光元件形成于所述基板中并且响应于入射光生成电荷；浮动扩散区，所述浮动扩散区用于接收并存储来自所述感光元件的电荷；以及转移晶体管，所述转移晶体管被配置为能够将保留在所述感光元件中的电荷转移到所述浮动扩散区以在之后用于形成图像。所述转移晶体管包括形成于基板上的栅极介质层以及形成于栅极介质层上的栅极电极层，所述栅极介质层进一步包括隧道氧化物层、形成于隧道氧化物层上的电荷存储层、形成于电荷存储层上的阻挡氧化物层。

Description

图像传感器单元
技术领域
本发明涉及一种图像传感器单元，更具体地涉及一种能够减少图像滞后的图像传感器单元。
背景技术
近年来，诸如视频相机或数字静态相机的固态图像传感器通常使用CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器。
但是传统的CMOS图像传感器可能受到一种被称为图像滞后(image lag)的现象的困扰。如本领域中已知的那样，从光电二极管PD到给定像素的读出节点的不完全电荷转移产生图像滞后。CMOS图像传感器在两个区域之间完全转移电荷的性能取决于在这些区域之间的电场强度以及这两个区域之间的势垒走向。
在这点上，因为CMOS图像传感器设备被设计为用更低的电源电压进行操作以满足减少功耗的需要，所以期望最小化由不完全的电荷转移所带来的图像滞后。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种改进的图像传感器单元从而最小化图像滞后。本发明在图像传感器单元的转移晶体管中采用类似于存储器的SONOS结构，例如转移晶体管的栅极介质层由隧道氧化物层-电荷存储层-阻挡氧化物层(例如，氧化物-氮化物-氧化物(ONO))组成，以通过施加调整电压来将电荷捕获在电荷存储层中或者将电荷从电荷存储层中排出从而改变转移晶体管的阈值电压，如此可以对转移晶体管的阈值电压进行个别编程。
在本发明的一个实施例中，公开了一种图像传感器单元，包括基板；感光元件，所述感光元件形成于所述基板中并且响应于入射光生成电荷；浮动扩散区，所述浮动扩散区用于接收并存储来自所述感光元件的电荷；转移晶体管，所述转移晶体管被配置为能够将保留在所述感光元件中的电荷转移到所述浮动扩散区以在之后用于形成图像；其中所述转移晶体管包括形成于基板上的栅极介质层以及形成于栅极介质层上的栅极电极层，所述栅极介质层进一步包括隧道氧化物层、形成于隧道氧化物层上的电荷存储层、形成于电荷存储层上的阻挡氧化物层，所述电荷存储层在所述转移晶体管被施加调整电压后调整电荷存储层中的电荷从而编程所述转移晶体管的阈值电压。
优选地，当对所述转移晶体管施加正的调整电压时，电荷存储层俘获穿过所述隧道氧化物层的电荷并且所述阻挡氧化物层阻止电荷进一步移动至栅极电极层。
优选地，当对所述转移晶体管施加负的调整电压时，电荷存储层中的电荷穿过所述隧道氧化物层被排到所述基板中并且所述阻挡氧化物层阻止栅极电极层中的电荷的流失。
优选地，所述转移晶体管被配置为包括SONOS(Silicon-oxide-Nitride-oxide-Silicon)存储器结构。
优选地，所述电荷存储层为SIN层、Si3N4层或者HfO2层。
优选地，所述隧道氧化物层和所述阻挡氧化物层的厚度为5-10nm、所述电荷存储层的厚度为5-10nm以及栅极电极层的厚度为30-50nm。
优选地，在不再次施加调整电压的情况下,被俘获在电荷存储层中的电荷将长期地存在于电荷存储层中从而改变所述转移晶体管的阈值电压。
优选地，在不再次施加调整电压的情况下，脱离所述电荷存储层的电荷将长期地不会回到所述电荷存储层从而改变所述转移晶体管的阈值电压。
优选地，在晶圆测试阶段，对于个别图像传感器单元施加调整电压从而提高晶圆上的图像传感器单元的阈值电压的均一度。
优选地，所述正的调整电压远高于所述阈值电压。
优选地，所述调整电压的大小和正负针对不同的转移晶体管是能够改变的。
优选地，所述转移晶体管在被施加调整电压从而改变阈值电压后：当转移晶体管被开启时，所述转移晶体管的势垒高度高于浮动扩散区的势垒高度并且低于感光元件的势垒高度，使得电荷从感光元件移动到浮动扩散区；当转移晶体管被关断时，所述转移晶体管的势垒高度高于浮动扩散区以及感光元件的势垒高度，使得电荷停止从感光元件移动到浮动扩散区并且保留在所述感光元件中。
在本公开的另一个实施例中，还公开了一种形成图像传感器单元的方法，包括形成基板；在所述基板中形成感光元件，所述感光元件响应于入射光生成电荷；在所述基板中形成浮动扩散区，所述浮动扩散区用于接收并存储来自所述感光元件的电荷；在所述基板上并且在所述感光元件和所述浮动扩散区之间形成转移晶体管，所述转移晶体管被配置为能够将保留在所述感光元件中的电荷转移到所述浮动扩散区以在之后用于形成图像；其中所述转移晶体管包括形成于基板上的栅极介质层以及形成于栅极介质层上的栅极电极层，所述栅极介质层进一步包括隧道氧化物层、形成于隧道氧化物层上的电荷存储层、形成于电荷存储层上的阻挡氧化物层，所述电荷存储层在所述转移晶体管被施加调整电压后调整电荷存储层中的电荷从而编程所述转移晶体管的阈值电压。
优选地，当对所述转移晶体管施加正的调整电压时，电荷存储层俘获穿过所述隧道氧化物层的电荷并且所述阻挡氧化物层阻止电荷进一步移动至栅极电极层。
优选地，当对所述转移晶体管施加负的调整电压时，电荷存储层中的电荷穿过所述隧道氧化物层被排到所述基板中并且所述阻挡氧化物层阻止栅极电极层中的电荷的流失。
优选地，所述转移晶体管被形成有SONOS(Silicon-oxide-Nitride-oxide-Silicon)存储器结构。
优选地，所述电荷存储层为SIN层、Si3N4层或者HfO2层。
优选地，所述方法还包括形成厚度为5-10nm的隧道氧化物层和所述阻挡氧化物层、形成厚度为5-10nm的所述电荷存储层以及形成厚度为30-50nm的栅极电极层。
优选地，在不再次施加调整电压的情况下,被俘获在电荷存储层中的电荷将长期地存在于电荷存储层中从而改变所述转移晶体管的阈值电压。
优选地，在不再次施加调整电压的情况下，脱离所述电荷存储层的电荷将长期地不会回到所述电荷存储层从而改变所述转移晶体管的阈值电压。
优选地，在晶圆测试阶段，对于个别图像传感器单元施加调整电压从而提高晶圆上的图像传感器单元的阈值电压的均一度。
优选地，所述正的调整电压远高于所述阈值电压。
优选地，所述调整电压的大小和正负针对不同的转移晶体管是能够改变的。
优选地，所述转移晶体管在被施加调整电压从而改变阈值电压后：当转移晶体管被开启时，所述转移晶体管的势垒高度高于浮动扩散区的势垒高度并且低于感光元件的势垒高度，使得电荷从感光元件移动到浮动扩散区；当转移晶体管被关断时，所述转移晶体管的势垒高度高于浮动扩散区以及感光元件的势垒高度，使得电荷停止从感光元件移动到浮动扩散区并且保留在所述感光元件中。
在本发明的另一个实施例中，还公开了一种晶圆的测试和调整方法，包括对包括如上所述的图像传感器单元的转移晶体管施加晶圆测试电压，以及对出现成像滞后的单个图像传感器单元的转移晶体管单独施加调整电压。
在本发明的另一个实施例中，还公开了一种电子设备，包括如上所述的图像传感器单元。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的示例性实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。出于简单明了表示图中元件的目的，图中元件并不是按照比例进行绘制的。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
图1是传统图像传感器单元的电路原理图；
图2是图解图1中所描述的传统图像传感器单元的示意图；
图3为在电荷积累期间和电荷转移期间图像传感器单元的期望的势垒图；
图4为在电荷积累期间和电荷转移期间图像传感器单元的不期望的势垒图；
图5为根据本发明的一个实施例的图像传感器单元的示意图；
图6为制造根据本发明的一个实施例的图像传感器的流程图。
注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，所公开的发明并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
图1是传统图像传感器单元的电路原理图，其中根据本发明的示例性实施例可以用非平面的晶体管来构造该单位像素。特别地，图1示意地描绘了具有4个晶体管有源像素传感器架构的单位像素。一般说来，示例性的单位像素包括感光元件PD、转移晶体管TX、浮动扩散区FD、复位晶体管RX、放大器DX(或者源跟随器放大器)和选择晶体管SX。
感光元件PD可以是例如光电二极管或者PIN光电二极管，其是在单位像素的光接收区域中形成的。感光元件PD通过转移晶体管TX的操作耦合到浮动扩散区FD/从浮动扩散区FD去耦合。复位晶体管RX具有连接到RS控制信号线的栅电极。转移晶体管TX具有连接到TG控制信号线的栅电极。选择晶体管SX具有连接到SEL控制信号线的栅电极和连接到输出线OUT的源电极。
操作复位晶体管RX、转移晶体管TX、放大器DX和选择晶体管SX，以便执行诸如复位像素、从感光元件PD向浮动扩散区FD转移所累积的电荷和将浮动扩散区FD中的累积的电荷转换为可测量的电压之类的功能，其中该可测量的电压被放大并且传送到输出线OUT。更具体地说，该示例性的单位像素操作如下。
最初，在集成周期(或者电荷收集周期)期间，用入射光对单位像素进行照明，并且在感光元件PD的势阱(或者电荷累积区域)中累积光生电荷。在集成周期完成之后，通过施加到RS控制信号线的复位控制信号来激活复位晶体管RX，以从浮动扩散区FD中排出电荷并且将浮动扩散区FD设置为基准电势(例如，将浮动扩散区FD充电到大约源电压VDD，该源电压VDD小于复位晶体管RX的阈值电压)。在复位操作之后，通过施加到TG控制信号线的控制信号激活转移晶体管TX，以将所累积的光生电荷从感光元件PD转移到浮动扩散区FD。放大晶体管DX放大浮动扩散区FD的电压，并且放大的电压经由选择晶体管SX被缓冲/耦合到输出线OUT，其中通过施加到SEL控制信号线的行选择信号激活该选择晶体管SX。
图2是图解图1中所描述的现有技术中的单位像素的示意图。其图解了PD区域(110a)和部分晶体管区域(110b)，其中该部分晶体管区域(110b)包括转移晶体管TX、浮动扩散区FD以及复位晶体管RX。其他器件，诸如放大器DX和选择晶体管SX等为了简便起见在此并未示出。
参见图2，PD区域(110a)包括在半导体基板(100)中形成的光接收元件(或者光电检测器元件)。在一个示例性实施例中，基板(100)是在半导体衬底上形成的p掺杂层(例如，p-阱或者p-外延层)，在该p掺杂层中形成有源像素元件。在该示例性实施例中，在PD区域(110a)中形成的光接收元件包括p+层(111)和在p+层(111)之下形成的掩埋的n-阱层(112)。转移晶体管TX包括具有侧壁隔离物(122)和栅绝缘层(120)上的栅电极(121)，其中栅绝缘层(120)形成在基板(100)和栅电极(121)之间。浮动扩散区FD(130)形成在转移晶体管TX和复位晶体管RX之间。在图像传感器单元之间形成隔离区101。
图3为在电荷积累期间和电荷转移期间图像传感器单元的期望的势垒图。
在电荷积累期间，用入射光对像素进行照明，通过施加到TG控制信号线的控制信号来关断转移晶体管TX(即，向转移晶体管TX的栅极施加地电位或其他低于阈值电压的电位)以切断从感光元件PD向浮动扩散区FD的电荷流动，从而将感光元件PD响应入射光所产生的电荷储存在感光元件PD中。由此可见，在转移晶体管TX被关断的电荷积累期间，转移晶体管的势垒需要远高于感光元件PD和浮动扩散区FD的势垒，从而切断从感光元件PD向浮动扩散区FD的电荷流动。
在电荷转移期间，通过施加到TG控制信号线的控制信号激活转移晶体管TX(即，向转移晶体管TX的栅极施加阈值电压)以将所积累的光生电荷从感光元件PD转移到浮动扩散区FD。由此可见，在转移晶体管TX被开启的电荷转移期间，转移晶体管的势垒期望地位于感光元件PD和浮动扩散区FD的势垒之间，从而造成电势差使得电荷顺利地从感光元件PD流到浮动扩散区FD。
图4为在电荷积累期间和电荷转移期间图像传感器单元的不期望的势垒图。该示出的不期望的势垒图只是诸多不期望状态中的若干种。
由于转移晶体管TX在制造期间的缺陷或其他异常情况，可能会导致转移晶体管TX在开启和关断时的势垒不满足以上所列条件，即，在转移晶体管TX被关断的电荷转移期间，转移晶体管的势垒期望地远高于感光元件PD和浮动扩散区FD的势垒；并且在转移晶体管TX被开启的电荷转移期间，转移晶体管的势垒期望地位于感光元件PD和浮动扩散区FD的势垒之间。
如图4所示，在转移晶体管有制造缺陷的情况下，在电荷积累期间，转移晶体管的势垒可能会不期望地位于感光元件PD和浮动扩散区FD的势垒之间，使得在电荷积累期间所产生的电荷便源源不断地从感光元件PD流向浮动扩散区FD，从而导致电荷的不期望的流失；抑或，在电荷转移期间，转移晶体管的势垒可能低于浮动扩散区FD的势垒，从而使得在电荷转移期间电荷不能顺利地从感光元件PD流向浮动扩散区FD；抑或，在电荷转移期间，转移晶体管的势垒可能高于感光元件PD的势垒，从而使得电荷被困在PD元件中而无法顺利地由PD元件流向浮动扩散区FD。这种电荷的不期望的流动构成了图像传感器单元的图像滞后(image lag)
通常能够通过晶圆测试来得知晶圆上的具体哪个图像传感器单元存在图像滞后。但是即使在晶圆测试中测试出了哪个图像单元存在图像滞后，也再难以实施补救措施了。出现图像滞后的图像传感器单元只能被淘汰从而拉低传感器器件的产率。因此，期望提出一种方法能够在测试出图像滞后之后，还能对图像传感器单元实施改进从而避免被放弃和淘汰。
图5为根据本发明的一个实施例的图像传感器单元的示意图。所述图像传感器单元包括基板100；形成于所述基板100中并且响应于入射光生成电荷的感光元件PD112；形成于所述基板100中的用于接收并存储来自所述感光元件PD112的电荷的浮动扩散区FD 130；被配置为能够将保留在所述感光元件PD112中的电荷转移到所述浮动扩散区FD 130以在之后用于形成图像的转移晶体管TX，所述转移晶体管TX包括形成于基板上的栅极介质层120以及形成于栅极介质层上的栅极电极层121，所述栅极介质层120进一步包括隧道氧化物层120-1、形成于隧道氧化物层上的电荷存储层120-2、形成于电荷存储层上的阻挡氧化物层120-3。
优选地，所述隧道氧化物层和所述阻挡氧化物层的厚度为5-10nm、所述电荷存储层的厚度为5-10nm以及栅极电极层的厚度为30-50nm。优选地，所述电荷存储层为SIN层、Si3N4层或者HfO2层。优选地，所述电荷存储层中具有预定密度的俘获位置，电荷能够被俘获到电荷存储层中的该俘获位置处。优选地，所述阻挡氧化物层是具有高介电常数的绝缘层，诸如，Al2O3或者SiO2层。
图5中的基板100、隧道氧化物层120-1、电荷存储层120-2、阻挡氧化物层120-3以及栅极电极层121构成SONOS(Silicon-oxide-Nitride-oxide-Silicon)存储器结构。在晶圆测试之后，针对阈值电压不合格的转移晶体管TX能够通过该SONOS存储器结构进行阈值电压的动态编程。
具体来讲，所述电荷存储层120-2在所述转移晶体管TX被施加足够的电压(即调整电压)后调整在电荷存储层中的电荷从而编程所述转移晶体管TX的阈值电压。
特别地，当转移晶体管TX被施加足够的正电压时，电荷存储层俘获穿过所述隧道氧化物层120-1的电荷e-并且所述阻挡氧化物层120-3阻止电荷e-进一步移动至栅极电极层121，由于隧道氧化物层120-1此时存储有额外的电荷e-，转移晶体管TX的阈值电压可以因此被提升。
反之，当转移晶体管TX被施加足够的负电压时，电荷存储层中如果恰巧有多余的电荷e-，则这些电荷e-穿过所述隧道氧化物层120-1被排到基板100中；如果电荷存储层中没有多余的电荷e-，电荷存储层其本身的电子则会脱离电荷存储层穿过所述隧道氧化物层120-1被排到基板100中从而造成额外的空穴；无论是以上那种情形(电荷e-的减少或者空穴的增加)，转移晶体管TX的阈值电压可以因此被降低。
在不再次施加调整电压的情况下,被俘获在电荷存储层中的电荷e-将长期地存在于电荷存储层中；脱离所述电荷存储层的电荷e-也将长期地不会回到所述电荷存储层中，从而永久地改变所述转移晶体管的阈值电压。
由于能够从基板汲取电荷并且俘获到电荷存储层中的所述正的调整电压远高于所述阈值电压，因此对栅极施加阈值电压并不会影响被俘获在电荷存储层中的电荷e-。并且，针对晶圆上的不同的转移晶体管偏离期望的阈值电压的程度，可以对不同的转移晶体管施加正负不同、大小不同的调整电压。
最终，所述转移晶体管在被施加调整电压从而改变阈值电压后：当转移晶体管被开启时(即，电荷转移期间)，所述转移晶体管的势垒高度将被调整为高于浮动扩散区的势垒高度并且低于感光元件PD的势垒高度，使得电荷从感光元件PD移动到浮动扩散区；当转移晶体管被关断时(即，电荷积累期间)，所述转移晶体管的势垒高度将被调整为高于浮动扩散区以及感光元件PD的势垒高度，使得电荷停止从感光元件PD移动到浮动扩散区并且保留在所述感光元件PD中。
由此，在晶圆测试阶段，可以对个别图像传感器单元分别施加不同的调整电压从而使其阈值电压与晶圆上其他图像传感器单元的阈值电压基本相同，从而提高晶圆上的图像传感器单元的阈值电压的均一度。值得注意的是，该对转移晶体管TX的阈值电压的动态调整也同样适用于对复位晶体管RX的阈值电压的动态调整。
图6为制造根据本发明的一个实施例的图像传感器的流程图。
在步骤601中，形成基板；
在步骤602中，在所述基板中形成感光元件PD，所述感光元件PD响应于入射光生成电荷；
在步骤603中，在所述基板中形成浮动扩散区，所述浮动扩散区用于接收并存储来自所述感光元件PD的电荷；
在步骤604中，在所述基板上并且在所述感光元件PD和所述浮动扩散区之间形成转移晶体管，所述转移晶体管被配置为能够将保留在所述感光元件PD中的电荷转移到所述浮动扩散区以在之后用于形成图像，所述转移晶体管包括形成于基板上的栅极介质层以及形成于栅极介质层上的栅极电极层，所述栅极电介层进一步包括隧道氧化物层、形成于隧道氧化物层上的电荷存储层、形成于电荷存储层上的阻挡氧化物层，所述电荷存储层在所述转移晶体管被施加调整电压后调整电荷存储层中的电荷从而编程所述转移晶体管的阈值电压。
在本发明的一个实施例中，公开了一种图像传感器单元，包括基板；感光元件，所述感光元件形成于所述基板中并且响应于入射光生成电荷；浮动扩散区，所述浮动扩散区用于接收并存储来自所述感光元件的电荷；转移晶体管，所述转移晶体管被配置为能够将保留在所述感光元件中的电荷转移到所述浮动扩散区以在之后用于形成图像；其中所述转移晶体管包括形成于基板上的栅极介质层以及形成于栅极介质层上的栅极电极层，所述栅极介质层进一步包括隧道氧化物层、形成于隧道氧化物层上的电荷存储层、形成于电荷存储层上的阻挡氧化物层，所述电荷存储层在所述转移晶体管被施加调整电压后调整电荷存储层中的电荷从而编程所述转移晶体管的阈值电压。
优选地，当对所述转移晶体管施加正的调整电压时，电荷存储层俘获穿过所述隧道氧化物层的电荷并且所述阻挡氧化物层阻止电荷进一步移动至栅极电极层。
优选地，当对所述转移晶体管施加负的调整电压时，电荷存储层中的电荷穿过所述隧道氧化物层被排到所述基板中并且所述阻挡氧化物层阻止栅极电极层中的电荷的流失。
优选地，所述转移晶体管被配置为包括SONOS(Silicon-oxide-Nitride-oxide-Silicon)存储器结构。
优选地，所述电荷存储层为SIN层、Si3N4层或者HfO2层。
优选地，所述隧道氧化物层和所述阻挡氧化物层的厚度为5-10nm、所述电荷存储层的厚度为5-10nm以及栅极电极层的厚度为30-50nm。
优选地，在不再次施加调整电压的情况下,被俘获在电荷存储层中的电荷将长期地存在于电荷存储层中从而改变所述转移晶体管的阈值电压。
优选地，在不再次施加调整电压的情况下，脱离所述电荷存储层的电荷将长期地不会回到所述电荷存储层从而改变所述转移晶体管的阈值电压。
优选地，在晶圆测试阶段，对于个别图像传感器单元施加调整电压从而提高晶圆上的图像传感器单元的阈值电压的均一度。
优选地，所述正的调整电压远高于所述阈值电压。
优选地，所述调整电压的大小和正负针对不同的转移晶体管是能够改变的。
优选地，所述转移晶体管在被施加调整电压从而改变阈值电压后：当转移晶体管被开启时，所述转移晶体管的势垒高度高于浮动扩散区的势垒高度并且低于感光元件的势垒高度，使得电荷从感光元件移动到浮动扩散区；当转移晶体管被关断时，所述转移晶体管的势垒高度高于浮动扩散区以及感光元件的势垒高度，使得电荷停止从感光元件移动到浮动扩散区并且保留在所述感光元件中。
在本公开的另一个实施例中，还公开了一种形成图像传感器单元的方法，包括形成基板；在所述基板中形成感光元件，所述感光元件响应于入射光生成电荷；在所述基板中形成浮动扩散区，所述浮动扩散区用于接收并存储来自所述感光元件的电荷；在所述基板上并且在所述感光元件和所述浮动扩散区之间形成转移晶体管，所述转移晶体管被配置为能够将保留在所述感光元件中的电荷转移到所述浮动扩散区以在之后用于形成图像；其中所述转移晶体管包括形成于基板上的栅极介质层以及形成于栅极介质层上的栅极电极层，所述栅极介质层进一步包括隧道氧化物层、形成于隧道氧化物层上的电荷存储层、形成于电荷存储层上的阻挡氧化物层，所述电荷存储层在所述转移晶体管被施加调整电压后调整电荷存储层中的电荷从而编程所述转移晶体管的阈值电压。
优选地，当对所述转移晶体管施加正的调整电压时，电荷存储层俘获穿过所述隧道氧化物层的电荷并且所述阻挡氧化物层阻止电荷进一步移动至栅极电极层。
优选地，当对所述转移晶体管施加负的调整电压时，电荷存储层中的电荷穿过所述隧道氧化物层被排到所述基板中并且所述阻挡氧化物层阻止栅极电极层中的电荷的流失。
优选地，所述转移晶体管被形成有SONOS(Silicon-oxide-Nitride-oxide-Silicon)存储器结构。
优选地，所述电荷存储层为SIN层、Si3N4层或者HfO2层。
优选地，所述方法还包括形成厚度为5-10nm的隧道氧化物层和所述阻挡氧化物层、形成厚度为5-10nm的所述电荷存储层以及形成厚度为30-50nm的栅极电极层。
优选地，在不再次施加调整电压的情况下,被俘获在电荷存储层中的电荷将长期地存在于电荷存储层中从而改变所述转移晶体管的阈值电压。
优选地，在不再次施加调整电压的情况下，脱离所述电荷存储层的电荷将长期地不会回到所述电荷存储层从而改变所述转移晶体管的阈值电压。
优选地，在晶圆测试阶段，对于个别图像传感器单元施加调整电压从而提高晶圆上的图像传感器单元的阈值电压的均一度。
优选地，所述正的调整电压远高于所述阈值电压。
优选地，所述调整电压的大小和正负针对不同的转移晶体管是能够改变的。
优选地，所述转移晶体管在被施加调整电压从而改变阈值电压后：当转移晶体管被开启时，所述转移晶体管的势垒高度高于浮动扩散区的势垒高度并且低于感光元件的势垒高度，使得电荷从感光元件移动到浮动扩散区；当转移晶体管被关断时，所述转移晶体管的势垒高度高于浮动扩散区以及感光元件的势垒高度，使得电荷停止从感光元件移动到浮动扩散区并且保留在所述感光元件中。
在本发明的另一个实施例中，还公开了一种晶圆的测试和调整方法，包括对包括如上所述的图像传感器单元的转移晶体管施加晶圆测试电压，以及对出现成像滞后的单个图像传感器单元的转移晶体管单独施加调整电压。
在本发明的另一个实施例中，还公开了一种电子设备，包括如权利要求1所述的图像传感器单元。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
除非上下文清楚地另有指示，否则以下术语在整个说明书和权利要求书中采用本文中明确地关联的含义。“一”和“所述”的含义包括复数引用，“在…中”的含义包括“在…中”和“在…上”。术语“连接”是指所连接项目之间的直接电连接，或经由一个或一个以上被动或主动中间装置的间接连接。术语“电路”是指单一组件，或连接在一起以提供所要功能的多个组件(主动或被动)。术语“信号”是指至少一个电流、电压或数据信号。
另外，参考正描述的图式的定向来使用例如“在…上”、“在…上方”、“顶部”、“底部”等方向术语。因为本发明的示例性实施例的组件可定位在许多不同定向上，所以方向术语仅出于说明的目的而使用且决不为限制性的。当结合图像传感器晶圆或对应图像传感器的层使用时，方向术语意欲被广泛地解释，且因此不应被解译成排除一个或一个以上介入层或其它介入图像传感器特征或元件的存在。因此，在本文中描述为形成于另一层上或形成于另一层上方的给定层可通过一个或一个以上额外层而与所述另一层分离。
在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的示例性实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。
如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。
如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪音以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。
上述描述可以指示被“连接”或“耦合”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦合”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦合”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。
另外，仅仅为了参考的目的，还可以在下面描述中使用某种术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。
还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。
在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。
本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的示例性实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种示例性实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定示例性实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各示例性实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对示例性实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (24)

1.一种图像传感器单元，包括：
基板；
感光元件，所述感光元件形成于所述基板中并且响应于入射光生成电荷；
浮动扩散区，所述浮动扩散区用于接收并存储来自所述感光元件的电荷；以及
转移晶体管，所述转移晶体管被配置为能够将保留在所述感光元件中的电荷转移到所述浮动扩散区以在之后用于形成图像；
其中所述转移晶体管包括形成于基板上的栅极介质层以及形成于栅极介质层上的栅极电极层，所述栅极介质层进一步包括隧道氧化物层、形成于隧道氧化物层上的电荷存储层、形成于电荷存储层上的阻挡氧化物层，所述电荷存储层在所述转移晶体管被施加调整电压后调整电荷存储层中的电荷从而编程所述转移晶体管的阈值电压；
其中所述转移晶体管被配置为包括SONOS(Silicon-oxide-Nitride-oxide-Silicon)存储器结构。
2.根据权利要求1所述的图像传感器单元，其中当对所述转移晶体管施加正的调整电压时，电荷存储层俘获穿过所述隧道氧化物层的电荷并且所述阻挡氧化物层阻止电荷进一步移动至栅极电极层。
3.根据权利要求1所述的图像传感器单元，其中当对所述转移晶体管施加负的调整电压时，电荷存储层中的电荷穿过所述隧道氧化物层被排到所述基板中并且所述阻挡氧化物层阻止栅极电极层中的电荷的流失。
4.根据权利要求1所述的图像传感器单元，其中所述电荷存储层为SiN 层、Si3N4层或者Hf02层。
5.根据权利要求1所述的图像传感器单元，其中所述隧道氧化物层和所述阻挡氧化物层的厚度为5-10nm、所述电荷存储层的厚度为5-l0nm 以及栅极电极层的厚度为30-50nm。
6.根据权利要求2所述的图像传感器单元，其中在不再次施加调整电压的情况下，被俘获在电荷存储层中的电荷将长期地存在于电荷存储层中从而改变所述转移晶体管的阈值电压。
7.根据权利要求3所述的图像传感器单元，其中在不再次施加调整电压的情况下，脱离所述电荷存储层的电荷将长期地不会回到所述电荷存储层从而改变所述转移晶体管的阈值电压。
8.根据权利要求1所述的图像传感器单元，其中在晶圆测试阶段，对于个别图像传感器单元施加调整电压从而提高晶圆上的图像传感器单元的阈值电压的均一度。
9.根据权利要求2所述的图像传感器单元，其中所述正的调整电压远高于所述阈值电压。
10.根据权利要求1所述的图像传感器单元，所述调整电压的大小和正负针对不同的转移晶体管是能够改变的。
11.根据权利要求1所述的图像传感器单元，其中所述转移晶体管在被施加调整电压从而改变阈值电压后：当转移晶体管被开启时，所述转移晶体管的势垒高度高于浮动扩散区的势垒高度并且低于感光元件的势垒高度，使得电荷从感光元件移动到浮动扩散区；当转移晶体管被关断时，所述转移晶体管的势垒高度高于浮动扩散区以及感光元件的势垒高度，使得电荷停止从感光元件移动到浮动扩散区并且保留在所述感光元件中。
12.一种形成图像传感器单元的方法，包括形成基板；
在所述基板中形成感光元件，所述感光元件响应于入射光生成电荷；
在所述基板中形成浮动扩散区，所述浮动扩散区用于接收并存储来自所述感光元件的电荷；以及
在所述基板上并且在所述感光元件和所述浮动扩散区之间形成转移晶体管，所述转移晶体管被配置为能够将保留在所述感光元件中的电荷转移到所述浮动扩散区以在之后用于形成图像；
其中所述转移晶体管包括形成于基板上的栅极介质层以及形成于栅极介质层上的栅极电极层，所述栅极介质层进一步包括隧道氧化物层、形成于隧道氧化物层上的电荷存储层、形成于电荷存储层上的阻挡氧化物层，所述电荷存储层在所述转移晶体管被施加调整电压后调整电荷存储层中的电荷从而编程所述转移晶体管的阈值电压；
其中所述转移晶体管被形成有SONOS(Silicon-oxide-Nitride-oxide-Silicon)存储器结构。
13.根据权利要求12所述的方法，其中当对所述转移晶体管施加正的调整电压时，电荷存储层俘获穿过所述隧道氧化物层的电荷并且所述阻挡氧化物层阻止电荷进一步移动至栅极电极层。
14.根据权利要求12所述的方法，其中当对所述转移晶体管施加负的调整电压时，电荷存储层中的电荷穿过所述隧道氧化物层被排到所述基板中并且所述阻挡氧化物层阻止栅极电极层中的电荷的流失。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述电荷存储层为SiN 层、Si3N4层或者Hf02层。
16.根据权利要求12所述的方法，进一步包括形成厚度为5-10nm的隧道氧化物层和所述阻挡氧化物层、形成厚度为5-10nm的所述电荷存储层以及形成厚度为30-50nm的栅极电极层。
17.根据权利要求13所述的方法，其中在不再次施加调整电压的情况下，被俘获在电荷存储层中的电荷将长期地存在于电荷存储层中从而改变所述转移晶体管的阈值电压。
18.根据权利要求14所述的方法，在不再次施加调整电压的情况下，脱离所述电荷存储层的电荷将长期地不会回到所述电荷存储层从而改变所述转移晶体管的阈值电压。
19.根据权利要求12所述的方法，其中在晶圆测试阶段，对于个别图像传感器单元施加调整电压从而提高晶圆上的图像传感器单元的阈值电压的均一度。
20.根据权利要求13所述的图像传感器单元，其中所述正的调整电压远高于所述阈值电压。
21.根据权利要求12所述的图像传感器单元，所述调整电压的大小和正负针对不同的转移晶体管是能够改变的。
22.根据权利要求12所述的图像传感器单元，其中所述转移晶体管在被施加调整电压从而改变阈值电压后：当转移晶体管被开启时，所述转移晶体管的势垒高度高于浮动扩散区的势垒高度并且低于感光元件的势垒高度，使得电荷从感光元件移动到浮动扩散区；当转移晶体管被关断时，所述转移晶体管的势垒高度高于浮动扩散区以及感光元件的势垒高度，使得电荷停止从感光元件移动到浮动扩散区并且保留在所述感光元件中。
23.一种晶圆的测试和调整方法，包括
对包括如权利要求1所述的图像传感器单元的转移晶体管施加晶圆测试电压，以及
对出现成像滞后的单个图像传感器单元的转移晶体管单独施加调整电压。
24.一种电子设备，包括如权利要求1所述的图像传感器单元。
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