TWI483390B - 具有遞變式光偵測器植入之高全井電容像素 - Google Patents

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Description

具有遞變式光偵測器植入之高全井電容像素
本發明係關於半導體像素，且詳言之(但非排他性)，本發明係關於具有遞變式光偵測器植入之高全井電容像素。
隨著互補金氧半導體(CMOS)影像感測器之像素大小變得較小以達成較高像素密度及較低成本，光偵測器之作用區域亦變得較小。對於通常用於CMOS影像感測器中之釘紮式光偵測器而言，較小之光偵測器區域導致減小之全井電容，此意謂可保持於光偵測器中之電荷之最大數目減小。減小之全井電容又導致具有較低動態範圍及較低信號對雜訊比之像素。因此，非常需要用以增加釘紮式光偵測器之全井電容之方法。
在最常用於CMOS影像感測器之p -n -p 釘紮式光偵測器中，用以增加像素之全井電容之最直接方式為(例如)藉由增加植入劑量來增加n型層中之摻雜位準(亦即，摻雜劑之濃度)。然而，對於小像素大小而言，增加之n型摻雜可導致暗電流及通常被稱為白像素之有缺陷像素之顯著增加。出現此情況之一種原因在於，歸因於高n型摻雜及n型植入物與淺溝槽隔離(STI)邊緣之間的收縮距離的沿著STI側壁之增加之電場。
將參看以下諸圖來描述本發明之非限制及非詳盡之實施例，其中除非另有規定，否則相似參考數字在各種視圖中始終指代相似部分。除非特定地指定為按比例繪製，否則諸圖並不按比例繪製。
本文中描述用於具有遞變式植入之高全井電容像素之裝置、系統及方法之實施例。在以下描述中，陳述眾多特定細節以提供對本發明之實施例之透徹理解。然而，熟習相關技術者將認識到，可在無該等特定細節中之一或多者之情況下或用其他方法、組件、材料等來實踐本發明。在其他例子中，熟知結構、材料或操作未經展示或詳細描述，但仍然涵蓋於本發明之範疇內。
遍及本說明書引用「一項實施例」或「一實施例」意謂結合該實施例所描述之特定特徵、結構或特性包括於本發明之至少一實施例中。因此，在本說明書中片語「在一項實施例中」或「在一實施例中」的出現未必均指代相同實施例。此外，在一或多個實施例中可以任何合適方式組合特定特徵、結構或特性。
圖1A至圖1C一起說明互補金氧半導體(CMOS)像素100(諸如，可見於一影像感測器內之一像素陣列中之像素)之一實施例。圖1A說明像素100之平面視圖。圖1B說明像素100之一部分之截面圖，該圖實質上沿著圖1A中之剖面線B-B截取。圖1C說明像素100之一部分之截面圖，該圖實質上沿著圖1A中之剖面線C-C截取。所說明之像素100為主動式四電晶體像素(通常稱為「4T主動式像素」)，但在其他實施例中，像素100可包括更多或更少電晶體。如圖1B中所展示，像素100形成於一形成於基板102上之磊晶(epi)層104中，且包括光偵測器106、浮動節點114及轉移閘極112，該轉移閘極112在接通時將光偵測器106中所積聚之電荷轉移至浮動節點114。淺溝槽隔離(STI)116、124及126可用以實體分離且電隔離像素100與像素陣列中之鄰近像素。圖1A展示具有經展示為區116、124及126之STI區、浮動節點114及轉移閘極112之像素100的平面圖。
如圖1B中所展示，光偵測器106形成於epi層104中且包括釘紮區110及毗鄰且至少部分地圍繞釘紮區110之植入物108。在所說明之實施例中，釘紮區110定位於epi層104之表面處或附近，但在其他實施例中，釘紮區可定位於別處或可完全省略。在所說明之實施例中，釘紮區110為P型區，植入物108形成N型區，且epi層104為P型區，從而使光偵測器106為p-n-p 光偵測器。在光偵測器106之其他實施例中，此等元件之電荷類型(例如，正或負電荷載流子)可顛倒-亦即，在其他實施例中，釘紮區110可為N型，植入物區108可為P型，且epi層104可為N型，從而形成一n-p-n 光偵測器。在另外其他實施例中，不管釘紮區及植入物之電荷類型如何，epi層104可為未經摻雜的。
如圖1A及圖1C中所展示，在光偵測器106之所說明實施例中，植入物區108包括三個不同的組成區：重疊區108c及一對非重疊區108a及108b。重疊區108c(因為其由兩個或兩個以上所植入區之重疊而產生，所以被如此稱謂)相比非重疊區108a及108b具有相對較高之摻雜劑濃度。結果，植入物區108可具有一較大的側向範圍(亦即，植入物佔據更多的STI 124與STI 126之間的空間，或換言之，具有較小距離d 1 及d 3 )且為遞變式的(亦即，植入物具有空間摻雜劑濃度梯度)。以遞變方式組合較大之側向範圍導致具有高全井電容但具有較少的與植入物之側向邊緣處之高電場相關聯之問題的植入物。如下文所解釋，因為植入物區108係藉由重疊兩個植入物區而形成，所以該植入物區具有三個不同的組成區。
在像素100之p-n-p 實施例中，在整合週期(亦被稱為曝露週期或積聚週期)期間，光偵測器106接收入射光(如圖1B中之箭頭所展示)且在釘紮區110與植入物區108之間的界面處產生電荷。在電荷產生之後，其作為自由電子保持於植入物區108中。在整合週期結束時，藉由施加一電壓脈衝以接通轉移閘極112而將保持於N型植入物區108中之電子(亦即，信號)轉移至浮動節點114中。當信號已轉移至浮動節點114時，再次將轉移閘極112斷開以用於開始光偵測器106之另一整合週期。在信號已自N型植入物區108轉移至浮動節點114之後，保持於浮動節點114中之信號用以調變放大電晶體124，該放大電晶體124亦被稱為源極隨耦器電晶體。最後，位址電晶體122用以定址像素且將信號選擇性地讀出至信號線上。在經由信號線讀出之後，重設電晶體120將浮動節點114重設至一參考電壓(在一項實施例中，該參考電壓為Vdd )。
圖1D說明像素150之一替代實施例之截面。像素150在大多數方面類似於像素100，主要差異為所植入區之結構。在像素150中，光偵測器亦包括具有以下三個組成區之遞變式植入物區152：具有相對較高摻雜劑濃度之重疊區152c，及具有相對較低摻雜劑濃度之兩個非重疊區152a及152b。不同於植入物區108，在植入物區152中，非重疊區152a及152b包括在所植入區之側面上的凹口154及156。凹口154及156可由藉以將摻雜劑植入至基板102上之epi層104中之傾斜角引起。
圖2說明球座標系統及其至笛卡爾座標系統上之疊加。球座標系統由以下兩者定義：(i)含有原點及方位角參考方向之參考平面，及(ii)天頂(zenith)，其為通過原點且正交於參考平面之線。在圖2中，原點O 形成於x 軸、y 軸及z 軸之交叉點處，笛卡爾x -y 平面形成參考平面，x 軸形成方位角參考方向，且z 軸形成天頂。點P 之球座標由以下各者給出：其半徑R ；其側傾角θ，該角為天頂與線段OP 之間的角；及其方位角Ψ，該方位角為自方位角參考方向至線段OP 在參考平面(在此情況下為x-y平面)上之正交投影來量測的角。在圖2中，角α為OP在x-z平面上之正交投影相對於天頂(在此情況下為z軸)之角，且角β為OP在y-z平面上之正交投影相對於天頂(在此情況下為z軸)之角。
圖3A至圖3B一起說明用於形成圖1A至圖1D中所展示之像素實施例的程序之一實施例之初始部分；圖3B為平面圖，而圖3A說明實質上沿著圖3B中之剖面線3A-3A截取之截面圖。在圖3A中所展示的所說明之實施例中，首先在基板102上之epi層104中形成像素100之除了光偵測器106之外的元件(亦即，STI 116、124及126，浮動擴散體114、轉移閘極112等)，之後將遮罩層302塗覆至epi層104之前側。遮罩層302經設計以防止摻雜劑在摻雜劑植入期間緊密接觸(impinge)到且滲入epi層104。在一項實施例中，遮罩層302可由習知光阻劑製成，但在其他實施例中，遮罩層可由不同物質製成。可藉由各種已知方法來塗覆遮罩層302。
在遮罩層302處於適當位置之後，藉由已知方法(諸如，光微影及濕式或乾式化學蝕刻)來圖案化並蝕刻該遮罩層以在該遮罩層中產生一具有寬度W 之開口304，從而曝露epi層104之將形成有光偵測器106之一區之前側。藉由遮罩層302中之開口304，可將摻雜劑植入所要區中而無需亦將摻雜劑植入將形成有其他組件之其他區中。所說明之實施例僅展示遮罩層302之圍繞開口304之部分且展示像素100之曝露的其他元件。雖然可在一項實施例中使用此配置，但在其他實施例中，遮罩層可在摻雜劑植入期間覆蓋其他所說明之像素元件(諸如，浮動節點114、閘極112等)中之全部或一些。
基板102經定位以使得其可繞實質上正交於基板102之前側之軸306扭轉。依據圖2中所展示之球座標系統，基板102及形成於其上之元件實質上定位於參考平面(圖2中之x -y 平面)中，且軸306對應於天頂(圖2中之z軸)。在所說明之實施例中，軸306大致與開口304之中心一致，但在其他實施例中，軸306可偏離開口304。舉例而言，在生產環境中，通常存在許多形成於半導體晶圓上之影像感測器，該等影像感測器各自具有一具有大量像素之像素陣列。在此生產環境中，軸306可與半導體晶圓之中心一致，該軸可或可不與晶圓上之任何像素或像素陣列之中心一致。
如圖3B中所展示，基板102可繞軸306扭轉至相對於參考方向之任何任意扭轉角Ψ。在所說明之實施例中，將扭轉角Ψ定義為固定參考線310與隨基板旋轉且實質上等分開口304及浮動擴散體114之線308之間的角。再次參看圖2，參考線310類似於方位角參考方向(圖2中之x 軸)，且扭轉角Ψ類似於方位角。在其他實施例中，可以不同方式定義扭轉角Ψ，只要其可用以特性化基板102繞軸(諸如，軸306)之旋轉即可。
圖4A至圖4C說明用於形成圖1A至圖1D中所展示之像素實施例中之光偵測器植入物區的程序之一實施例之另一部分。圖4A為平面圖，而圖4B及圖4C說明實質上沿著圖4A中之剖面線4B-4B及4C-4C截取之截面圖。關於如圖3B中所展示之Ψ，初始扭轉位置對應於Ψ=a°。
如圖4B中所展示，在將基板定位於初始扭轉位置之後，將摻雜劑410導引指向epi層104之曝露表面。除了以選定劑量及能量將摻雜劑導引指向該基板之外，亦以相對於實質上正交於epi層104之前側之線(在此情況下為軸306)的非零傾斜角θ將摻雜劑410導引指向該基板。再次參看圖2，在基板102及形成於其上之元件實質上定位於參考平面(圖2中之x -y 平面)中的情況下，傾斜角θ對應於圖2中所展示之側傾角θ。因為遮罩層302之存在，所以摻雜劑410僅能夠在開口304中到達epi層104之曝露前側。如下文進一步所論述，基於各種因素(包括遮罩302下方之植入物406所要之側向範圍)來選擇傾斜角θ。
隨著摻雜劑410轟擊(bombard)epi層104之前側之曝露部分，該等摻雜劑滲入至epi層104之內部中且形成epi層104內之第一植入物區406。由於非零傾斜角θ，第一植入物406之一部分408終止於形成於epi層104之在遮罩層302之下的部分中(亦參見圖4C)。歸因於扭轉角Ψ=a°，在epi層104之在轉移閘極112之下的部分中形成第一植入物區406之另一部分409。傾斜角θ之使用因此增加植入物之側向範圍且減小植入物區406與STI 124之間的距離(亦即，圖1C中之距離d 1 )。大體而言，傾斜角θ愈大，第一植入物區406之側向延伸將愈多，從而使部分409更大且亦使遮罩層302下方之區408更大，且使植入物區406之邊緣與STI 124之間的距離d 1 更小。
圖4C說明植入物406之部分408如何在遮罩層302下方延伸。由於剖面4C-4C所沿著之平面相對於剖面4B-4B所沿著之平面成一角度，因此圖4C中所展示之角α不為傾斜角θ，而是為傾斜角θ在剖面4C-4C之平面上之正交投影。
圖5A至圖5C一起說明用於形成圖1A至圖1D中所展示之像素實施例中之光偵測器植入物區的程序之一實施例之另一部分。圖5A為平面圖，而圖5B及圖5C說明實質上沿著圖5B中之剖面線5B-5B及5C-5C截取之截面圖。從圖4A至圖4B中所展示之狀態開始，基板102繞軸306旋轉(如箭頭402所說明)至不同於初始扭轉位置之一額外扭轉位置。關於如圖3B中所展示定義之Ψ，圖5B中所說明之額外扭轉位置對應於Ψ=-a°，其可解譯為線308繞固定線310之偏轉(reflection)。雖然僅說明了一個額外扭轉位置，但在其他實施例中，視光偵測器植入物區108之所要最終結構而定，可在初始扭轉位置之後存在一個以上額外扭轉位置。
在將基板102定位於額外扭轉位置處之後，再次將摻雜劑410導引指向epi層104之前表面。除了以選定劑量及能量將摻雜劑導引指向該基板之外，亦再次以相對於實質上正交於epi層104之前側之線(在此情況下為軸306)的非零傾斜角θ將摻雜劑410導引指向該基板。如前所述，基於各種因素(包括植入物區之所要側向範圍)來選擇傾斜角θ。在一項實施例中，額外扭轉位置處所使用之傾斜角θ可與初始扭轉位置處所使用之傾斜角相同，但在其他實施例中，額外扭轉位置處所使用之傾斜角不必與初始扭轉位置處所使用之傾斜角或任何其他額外扭轉位置處所使用之傾斜角相同。
因為遮罩層302之存在，所以摻雜劑410僅能夠在開口304中到達epi層104之曝露前側。隨著摻雜劑410轟擊epi層104之前側之曝露部分，該等摻雜劑滲入該表面且形成epi層104內之第二植入物502。第二植入物區502部分地與第一植入物區406重疊以形成具有相對較高摻雜劑濃度之重疊區503。第一植入物區406與第二植入物區502之組合因此產生圖1A至圖1D之光偵測器植入物區108，其中重疊區108c對應於重疊區503，非重疊區108b對應於第一植入物406之不與第二植入物區502重疊之區，且圖1A及圖1C之非重疊區108a對應於第二植入物502之不與第一植入物區406重疊之區。由於第一植入物區406與第二植入物區502之重疊，重疊區108c具有比非重疊區108a及108b相對較高之摻雜劑濃度，從而使植入物108成為一遞變式植入物。
如同第一植入物區406，藉以植入摻雜劑之非零傾斜角θ導致第二植入物區502之一部分504形成於epi層104之在遮罩層302之下的部分中。歸因於扭轉角Ψ=-a°，在epi層104之在轉移閘極112之下的部分中形成第二植入物區502之另一部分505。傾斜角θ之使用因此增加第二植入物區502之側向範圍且減小植入物區502與STI 126之間的距離(亦即，圖1C中之距離d 3 )。大體而言，傾斜角θ愈大，第二植入物區502之側向延伸將愈多，從而使遮罩層302下方之區504更大且使植入物區502之邊緣與STI 126之間的距離d 3 更小。如圖5A中所見，第一植入物區406之部分409與第二植入物區502之部分505之重疊形成轉移閘極112下方之重疊部分506。
圖5C說明沿著圖5A中之線5C-5C截取的植入物406之截面，且展示部分408及504如何在遮罩層302下方延伸。由於剖面5C-5C所沿著之平面相對於剖面5B-5B所沿著之平面成一角度，因此圖5C中所展示之角α不為傾斜角θ，而是為傾斜角θ在剖面5C-5C之平面上之正交投影。
圖6A至圖6B一起說明用於形成圖1A至圖1D中所展示之像素實施例中之光偵測器植入物區的程序之一實施例之另一部分。在圖6A中，光偵測器植入物區108已形成於epi層104中，且遮罩層302在適當位置保持於epi層104之前側上。在圖6B中，自基板102之前側移除遮罩層302，而留下遞變式植入物區108，該植入物區108之一個橫向側相距STI 124距離d 1 且相對之橫向側相距STI 126距離d 3 。因為植入物區108為遞變式的，所以距離d 1 及d 3 可小於其在其他情況下需要具有之值，以避免產生與植入物之邊緣處之高電場相關聯之問題(諸如，暗電流及白像素)。
在其他實施例中，可在形成像素100之其他元件(諸如，釘紮層110)時在適當位置留下遮罩層302；稍後可接著移除遮罩層302以留下最終像素100。或者，若任何更多像素元件留待形成，則可移除遮罩層302，且可在使用或不使用額外遮罩層之情況下將額外元件添加至像素100。
圖7說明成像系統700之一實施例。光學器件701(其可包括折射、繞射或反射光學器件或此等光學器件之組合)耦接至影像感測器702以將一影像聚焦至該影像感測器之像素陣列704中之像素上。像素陣列704俘獲該影像，且成像系統700之剩餘部分處理來自該影像之像素資料。
影像感測器702包含像素陣列704及信號讀取及處理電路710。在一項實施例中，影像感測器702為一背面照射式影像感測器，其包括為二維的且包括配置成列706及行708之複數個像素的像素陣列704。像素陣列704中之該等像素中之一或多者可為圖1A至圖1D中所展示之像素實施例中之一者。在像素陣列704俘獲影像之操作期間，像素陣列704中之每一像素在某一曝光週期期間俘獲入射光(亦即，光子)且將所收集之光子轉換成電荷。由每一像素所產生之電荷可作為一類比信號讀出，且該類比信號之特性(諸如，其電荷、電壓或電流)將表示在曝光週期期間入射在像素上之光的強度。
所說明之像素陣列704具有規則形狀，但在其他實施例中，該陣列可具有不同於所展示配置之規則或不規則配置且可包括比所展示之像素、列及行多或少的像素、列及行。此外，在不同實施例中，像素陣列704可為包括紅色像素、綠色像素及藍色像素之經設計以俘獲光譜之可見光部分中之影像的彩色影像感測器，或可為黑白影像感測器及/或經設計以俘獲光譜之不可見光部分(諸如，紅外線或紫外線)中之影像之影像感測器。
影像感測器702包括信號讀取及處理電路710。電路710可包括有方法地進行以下操作之電路及邏輯：自每一像素讀取類比信號、對此等信號進行濾波、對有缺陷像素進行校正，等等。在電路710僅執行一些讀取及處理功能之實施例中，可藉由一或多個其他組件(諸如，信號調節器712或DSP 716)來執行該等功能中之剩餘者。雖然圖式中將讀取及處理電路710展示為與像素陣列704分開之元件，但在一些實施例中，讀取及處理電路710可與同一基板上之像素陣列704整合或可包含嵌入於該像素陣列內之電路及邏輯。然而，在其他實施例中，如圖式中所展示，讀取及處理電路710可為在像素陣列704外部之元件。在另外其他實施例中，讀取及處理電路710可為不僅在像素陣列704外部、而且在影像感測器702外部之元件。
信號調節器712耦接至影像感測器702以接收且調節來自像素陣列704及讀取及處理電路710之類比信號。在不同實施例中，信號調節器712可包括用於調節類比信號之各種組件。可見於信號調節器中之組件之實例包括濾波器、放大器、偏移電路、自動增益控制等。在信號調節器712僅包括此等元件中之一些且僅執行一些調節功能之實施例中，可藉由一或多個其他組件(諸如，電路710或DSP 716)來執行剩餘功能。類比至數位轉換器(ADC)714耦接至信號調節器712以自信號調節器712接收對應於像素陣列704中之每一像素的經調節之類比信號且將此等類比信號轉換成數位值。
數位信號處理器(DSP)716耦接至類比至數位轉換器714以自ADC 714接收經數位化之像素資料且處理該數位資料以產生最終數位影像。DSP 716可包括處理器及內部記憶體，DSP 716可在該記憶體中儲存並擷取資料。在影像經DSP 716處理之後，可將該影像輸出至儲存單元718(諸如，快閃記憶體或光學或磁性儲存單元)及顯示單元720(諸如，LCD螢幕)中之一者或兩者。
本發明之所說明實施例之以上描述(包括摘要中所描述之內容)並不意欲為詳盡的或將本發明限於所揭示之精確形式。如熟習相關技術者將認識到，儘管本文中出於說明性目的而描述了本發明之特定實施例及實例，但在本發明之範疇內各種修改係可能的。可鑒於上文之詳細描述來對本發明進行此等修改。
在以下申請專利範圍中所使用之術語不應被解釋為將本發明限於本說明書及申請專利範圍中所揭示之特定實施例。更確切而言，本發明之範疇將完全由以下申請專利範圍來確定，申請專利範圍將根據請求項解釋之已建立準則來理解。
3A-3A．．．剖面線
4B-4B．．．剖面線
4C-4C．．．剖面線
5B-5B．．．剖面線
5C-5C．．．剖面線
100．．．互補金氧半導體(CMOS)像素
102．．．基板
104．．．磊晶(epi)層
106．．．光偵測器
108．．．植入物/植入物區
108a．．．非重疊區
108b．．．非重疊區
108c．．．重疊區
112．．．轉移閘極
114．．．浮動節點/浮動擴散體
116．．．淺溝槽隔離(STI)
120．．．重設電晶體
124．．．淺溝槽隔離(STI)
126．．．淺溝槽隔離(STI)
150．．．像素
152．．．遞變式植入物區
152a．．．非重疊區
152b．．．非重疊區
152c．．．重疊區
154．．．凹口
156．．．凹口
302．．．遮罩層
304．．．開口
306．．．軸
308．．．隨基板旋轉且實質上等分開口及浮動擴散體之線
310．．．固定參考線
402．．．箭頭
406．．．第一植入物區
408．．．第一植入物之一部分
409．．．第一植入物區之另一部分
410．．．摻雜劑
502．．．第二植入物/第二植入物區
503．．．重疊區
504．．．第二植入物區之一部分
505．．．第二植入物區之另一部分
506．．．重疊部分
700．．．成像系統
701．．．光學器件
702．．．影像感測器
704．．．像素陣列
706．．．列
708．．．行
710．．．信號讀取及處理電路
712．．．信號調節器
714．．．類比至數位轉換器(ADC)
716．．．數位信號處理器(DSP)
718．．．儲存單元
720．．．顯示單元
B-B．．．剖面線
C-C．．．剖面線
d 1 ．．．距離
d 3 ．．．距離
O ．．．原點
P ．．．點
R ．．．半徑
Vdd ．．．參考電壓
α．．．角
β．．．角
θ．．．側傾角
Ψ．．．方位角
圖1A為像素之一實施例之平面圖；
圖1B為圖1A中所展示之像素之實施例的組合示意圖及截面圖，該截面實質上沿著圖1A中之剖面線B-B截取；
圖1C為圖1A至圖1B中所展示之像素之實施例的截面圖，該截面圖實質上沿著圖1A中之剖面線C-C截取；
圖1D為像素之一替代實施例之截面正視圖；
圖2為疊加於笛卡爾座標系統上之球座標系統之等角圖；
圖3A至圖3B分別為截面正視圖及平面圖，該等圖說明用於製造圖1A至圖1D中所展示之像素之實施例的程序之一實施例；
圖4A至圖4C分別為平面圖、實質上沿著圖4A之剖面線4B-4B之截面圖及實質上沿著圖4A之剖面線4C-4C之截面圖，該等圖進一步說明用於製造圖1A至圖1D中所展示之像素之實施例的程序之一實施例；
圖5A至圖5C分別為平面圖、實質上沿著圖5A之剖面線5B-5B之截面圖及實質上沿著圖5A之剖面線5C-5C之截面圖，其進一步說明用於製造圖1A至圖1D中所展示之像素之實施例的程序之一實施例；
圖6A至圖6B為進一步說明用於製造圖1A至圖1D中所展示之像素之實施例的程序之一實施例之截面圖；及
圖7為可使用影像感測器之一實施例的成像系統之一實施例之方塊圖，該影像感測器使用圖1A至圖1D中所展示之像素實施例。
100．．．互補金氧半導體(CMOS)像素
106．．．光偵測器
108．．．植入物/植入物區
108a．．．非重疊區
108b．．．非重疊區
108c．．．重疊區
112．．．轉移閘極
114．．．浮動節點/浮動擴散體
116．．．淺溝槽隔離(STI)
124．．．淺溝槽隔離(STI)
126．．．淺溝槽隔離(STI)
B-B．．．剖面線
C-C．．．剖面線
d 1 ．．．距離
d 3 ．．．距離

Claims (23)

  1. 一種用於藉由摻雜劑植入來形成一CMOS像素中之一光偵測器區的程序，該程序包含：遮罩一基板之一表面之一光偵測器區域以用於形成該光偵測器區；以複數個扭轉角定位該基板，其中該扭轉角係繞一正交於該基板之該表面的一軸旋轉之一角；及在該複數個扭轉角中之每一者之間的該基板之旋轉期間，以一選定傾斜角將植入物摻雜劑導引指向該光偵測器區域。
  2. 如請求項1之程序，其中遮罩該光偵測器區域包含：在該基板之該表面上方沈積一遮罩層；及圖案化及蝕刻該遮罩層以曝露該基板之該表面之該光偵測器區域。
  3. 如請求項1之程序，其中該傾斜角係相對於實質上正交於該基板之該表面之一線來量測。
  4. 如請求項1之程序，其中該等摻雜劑之類型、劑量及能量在每一扭轉角下係相同的。
  5. 如請求項1之程序，其中以複數個扭轉角定位該基板包含：以一初始扭轉角定位該基板；及繞實質上正交於該基板之該表面之一軸將該基板旋轉至至少一額外扭轉角。
  6. 如請求項1之程序，其中對於該複數個扭轉角中之每一 者，該傾斜角係相同的。
  7. 如請求項1之程序，其中對於該複數個扭轉角中之每一者，該傾斜角可改變。
  8. 如請求項1之程序，其進一步包含形成一完整CMOS像素之剩餘元件。
  9. 如請求項8之程序，其中該CMOS像素之該等剩餘元件係在遮罩該光偵測器區域之前形成。
  10. 如請求項1之程序，其進一步包含形成一釘紮層，該釘紮層具有與該光偵測器區之電荷類型相反的一電荷類型且定位於該光偵測器區與該基板之該表面之間。
  11. 一種CMOS像素，其包含：一光偵測器區，其藉由摻雜劑植入而形成於一基板中，該光偵測器區包含重疊之第一摻雜劑植入物及第二摻雜劑植入物，其中該重疊區具有不同於該第一摻雜劑植入物及該第二摻雜劑植入物之非重疊部分之一摻雜劑濃度；一浮動擴散體，其形成於該基板中；及一轉移閘極，其形成於該基板上在該光偵測器與該浮動擴散體之間。
  12. 如請求項11之CMOS像素，其中該光偵測器區包括其兩個相對側面中之每一者中的一凹口。
  13. 如請求項11之CMOS像素，其中該第一摻雜劑植入物係藉由以一選定傾斜角且在一初始扭轉位置處將摻雜劑導引指向該基板而形成，且該第二摻雜劑植入物係藉由以 該選定傾斜角且在不同於該初始扭轉位置之一額外扭轉位置處將摻雜劑導引指向該基板而形成。
  14. 如請求項13之CMOS像素，其中該傾斜角係相對於實質上正交於該基板之表面之一線來量測。
  15. 如請求項11之CMOS像素，其進一步包含一釘紮層，該釘紮層具有與該光偵測器區之電荷類型相反的一電荷類型，其中該釘紮層形成於該光偵測器區上方且形成於該基板之表面處或附近。
  16. 如請求項11之CMOS像素，其中該第一摻雜劑植入物之該非重疊部分具有不同於該第二摻雜劑植入物之該非重疊部分之一摻雜劑濃度。
  17. 一種用於藉由摻雜劑植入來形成一CMOS像素中之一光偵測器區的系統，其包含：一CMOS影像感測器，其形成於一基板中，其中該CMOS影像感測器具有包括一CMOS像素之一像素陣列，該CMOS像素包含：一光偵測器區，其藉由摻雜劑植入而形成於一基板中，該光偵測器區包含重疊之第一摻雜劑植入物及第二摻雜劑植入物，其中該重疊區具有不同於該第一摻雜劑植入物及該第二摻雜劑植入物之非重疊部分之一摻雜劑濃度，一浮動擴散體，其形成於該基板中，及一轉移閘極，其形成於該基板上在該光偵測器與該浮動擴散體之間；及 處理電路，其耦接至該像素陣列以處理自該像素陣列接收之一信號。
  18. 如請求項17之系統，其中該光偵測器區包括其兩個相對側面中之每一者中的一凹口。
  19. 如請求項17之系統，其中該第一摻雜劑植入物係藉由以一選定傾斜角且在一初始扭轉位置處將摻雜劑導引指向該基板而形成，且該第二摻雜劑植入物係藉由以該選定傾斜角且在不同於該初始扭轉位置之一額外扭轉位置處將摻雜劑導引指向該基板而形成。
  20. 如請求項19之系統，其中該傾斜角係相對於實質上正交於該基板之表面之一線來量測。
  21. 如請求項17之系統，其中該CMOS像素進一步包含一釘紮層，該釘紮層具有與該光偵測器區之電荷類型相反的一電荷類型，其中該釘紮層形成於該光偵測器區上方且形成於該基板之表面處或附近。
  22. 如請求項17之系統，其中該第一摻雜劑植入物之該非重疊部分具有不同於該第二摻雜劑植入物之該非重疊部分之一摻雜劑濃度。
  23. 如請求項17之系統，其中該處理電路包括一數位信號處理器，該數位信號處理器耦接至該影像感測器以處理自該影像感測器接收之該等信號。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060049464A1 (en) 2004-09-03 2006-03-09 Rao G R Mohan Semiconductor devices with graded dopant regions
WO2014070719A1 (en) * 2012-10-30 2014-05-08 Carestream Health, Inc. Charge injection compensation for digital radiographic detectors
US9520425B2 (en) 2013-03-01 2016-12-13 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with small pixels having high well capacity
US9231007B2 (en) 2013-08-27 2016-01-05 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors operable in global shutter mode and having small pixels with high well capacity
CN104637959B (zh) * 2013-11-08 2018-02-02 苏州东微半导体有限公司 半导体感光器件及其制造方法
US9402039B2 (en) * 2014-01-10 2016-07-26 Omnivision Technologies, Inc. Dual conversion gain high dynamic range sensor
US9748290B2 (en) * 2014-02-03 2017-08-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Mechanisms for forming image sensor with lateral doping gradient
KR102301778B1 (ko) 2014-08-28 2021-09-13 삼성전자주식회사 이미지 센서, 및 상기 이미지 센서의 픽셀
FR3065836B1 (fr) 2017-04-28 2020-02-07 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Zone de stockage pour un pixel d'une matrice d'image
CN110047740A (zh) * 2019-04-30 2019-07-23 德淮半导体有限公司 图像传感器的形成方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6900484B2 (en) * 2003-07-30 2005-05-31 Micron Technology, Inc. Angled pinned photodiode for high quantum efficiency
US7232744B2 (en) * 2004-10-01 2007-06-19 Texas Instruments Incorporated Method for implanting dopants within a substrate by tilting the substrate relative to the implant source
TWI303484B (en) * 2005-10-20 2008-11-21 Pixart Imaging Inc Method for fabricating cmos image sensor

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100699849B1 (ko) * 2005-06-21 2007-03-27 삼성전자주식회사 국부적인 불순물 영역을 갖는 ｃｍｏｓ 이미지 소자 및 그제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6900484B2 (en) * 2003-07-30 2005-05-31 Micron Technology, Inc. Angled pinned photodiode for high quantum efficiency
US7232744B2 (en) * 2004-10-01 2007-06-19 Texas Instruments Incorporated Method for implanting dopants within a substrate by tilting the substrate relative to the implant source
TWI303484B (en) * 2005-10-20 2008-11-21 Pixart Imaging Inc Method for fabricating cmos image sensor

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