TWI531050B - 影像感測裝置及其製造方法 - Google Patents
影像感測裝置及其製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI531050B TWI531050B TW103101381A TW103101381A TWI531050B TW I531050 B TWI531050 B TW I531050B TW 103101381 A TW103101381 A TW 103101381A TW 103101381 A TW103101381 A TW 103101381A TW I531050 B TWI531050 B TW I531050B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- channel
- conversion region
- substrate
- adjacent
- photoelectric conversion
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 25
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 145
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 82
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 20
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 14
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 8
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 3
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 41
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 20
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 description 18
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 18
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 15
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 5
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 3
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N methylidynetantalum Chemical compound [Ta]#C NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910003468 tantalcarbide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N tantalum nitride Chemical compound [Ta]#N MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14689—MOS based technologies
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
- H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
- H01L27/14616—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor characterised by the channel of the transistor, e.g. channel having a doping gradient
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1463—Pixel isolation structures
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
- H04N25/62—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels
- H04N25/626—Reduction of noise due to residual charges remaining after image readout, e.g. to remove ghost images or afterimages
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Description
本發明係有關於一種影像感測裝置，特別是有關於一種通道摻雜濃度呈梯度變化之影像感測裝置及其製造方法。
在半導體技術中，影像感測裝置係用來感測投射至半導體基底的光線。常見的影像感測裝置包括互補式金氧半(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)影像感測器及電荷耦合裝置(charge coupled device,CCD)感測器，其可廣泛應用於各方面，例如數位相機。該些影像感測裝置係利用畫素陣列接受光能量，以將影像轉換為數位資料。上述畫素陣列中可包括光二極體(photodiode,PD)以及電晶體。目前，互補式金氧半(CMOS)影像感測器的結構包括3-T架構以及4-T架構二種。3-T架構中，可包括重置電晶體(RST)、源極隨耦器電晶體(SF)及選擇電晶體(RS)等，而4-T架構中，可包括傳輸電晶體(transfer transistor)、重置電晶體、源極隨耦器電晶體及選擇電晶體等。
上述4-T架構中的傳輸電晶體(transfer transistor)其所扮演的角色包括於照光(exposure)過程中作為隔離光二極體(photodiode,PD)與浮置擴散區(floating diffusion,FD)之
用，或是於讀出(readout)操作時，將電荷自光二極體(PD)傳輸至浮置擴散區(FD)。
傳統上，傳輸電晶體的臨界電壓(threshold voltage)會隨例如通道佈植摻雜、閘介電層厚度變化或多晶矽佈植摻雜等製程調整而改變。一般來說，傳輸電晶體中沿光二極體(PD)與浮置擴散區(FD)之間的通道區(Channel)的臨界電壓是具有均一性的。當施加之操作電壓高於臨界電壓時，傳輸電晶體開啟(turn on)時，電荷會自光二極體(PD)傳輸至浮置擴散區(FD)，在此過程中，如何提升電荷傳輸效率實為重要，而當傳輸電晶體關閉(turn off)時，如何避免電荷自光二極體(PD)漏至通道區(Channel)及避免通道區(Channel)中殘餘電荷回流至光二極體(PD)則成為重要。
然而，傳統傳輸電晶體的結構設計並無法使通道區(Channel)所呈現的電位能分佈同時有利於開啟(turn on)與關閉(turn off)狀態。
本發明之一實施例，提供一種影像感測裝置，包括：一基板；一通道，形成於該基板中；一光電轉換區，形成於該基板中，鄰接該通道之一側；一電壓轉換區，形成於該基板中，鄰接該通道之另一側，其中該通道之摻雜濃度自該通道鄰接該光電轉換區之該側至該通道鄰接該電壓轉換區之該另一側遞減；一閘介電層，形成於該基板上；以及一閘極，形成於該閘介電層上。
本發明之另一實施例，提供一種影像感測裝置之
製造方法，包括：提供一基板；以一灰階光罩形成一通道於該基板中；形成一閘介電層於該基板上；形成一閘極於該閘介電層上；形成一光電轉換區於該基板中，鄰接該通道之一側；以及形成一電壓轉換區於該基板中，鄰接該通道之另一側，其中該通道之摻雜濃度自該通道鄰接該光電轉換區之該側至該通道鄰接該電壓轉換區之該另一側遞減。
由於本發明通道摻雜濃度呈梯度變化的結構設計，使得通道電位能於開啟(turn on)或關閉(turn off)時呈現連續式遞減或階梯式遞減的態樣，當閘極開啟時，由於通道的最低電位能鄰近電壓轉換區的電位能，使得電荷不易停留於通道中，而會全數傳輸至電壓轉換區，有效提升電荷傳輸效率，而當閘極關閉時，由於通道的最高電位能明顯高於光電轉換區的電位能，使得電荷不易自例如光二極體(PD)的光電轉換區漏至通道並可避免通道中的殘餘電荷回流至光二極體(PD)。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附的圖式，作詳細說明如下。
5‧‧‧電荷
10‧‧‧影像感測裝置
12‧‧‧基板
14、70‧‧‧通道
14’‧‧‧通道鄰接光電轉換區之一側
14”‧‧‧通道鄰接電壓轉換區之一側
16‧‧‧光電轉換區
18‧‧‧電壓轉換區
20‧‧‧閘介電層
24‧‧‧閘極
28‧‧‧淺溝槽隔離物
30‧‧‧P型井
31‧‧‧光阻層
32‧‧‧間隙壁
33、56‧‧‧灰階光罩
35‧‧‧曝光製程
37‧‧‧灰階光罩中透光率呈連續式變化之區域
38‧‧‧基板中預定形成通道之位置
40、64‧‧‧光阻遮罩
42‧‧‧灰階光罩中透光率呈連續式變化之區域之左側
44‧‧‧灰階光罩中透光率呈連續式變化之區域之右側
46、66‧‧‧光阻遮罩之左側
48、68‧‧‧光阻遮罩之右側
50‧‧‧通道佈植製程
52、72‧‧‧通道之左側
54、74‧‧‧通道之右側
58‧‧‧灰階光罩中透光率呈階梯式變化之區域
60‧‧‧灰階光罩中透光率呈階梯式變化之區域之左側
62‧‧‧灰階光罩中透光率呈階梯式變化之區域之右側
E1‧‧‧光電轉換區電位能
E2‧‧‧通道電位能
E4‧‧‧電壓轉換區電位能
第1圖係根據本發明之一實施例，一種影像感測裝置之剖面示意圖；第2圖係根據本發明之一實施例，一種影像感測裝置之剖面示意圖；第3A~3K圖係根據本發明之一實施例，一種影像感測裝置
之製造方法；第4A~4K圖係根據本發明之一實施例，一種影像感測裝置之製造方法；第5A圖係根據本發明之一實施例，一種影像感測裝置於開啟(turn on)狀態時，光電轉換區、通道及電壓轉換區之電位能態樣；第5B圖係根據本發明之一實施例，一種影像感測裝置於關閉(turn off)狀態時，光電轉換區、通道及電壓轉換區之電位能態樣；第6A圖係根據本發明之一實施例，一種影像感測裝置於開啟(turn on)狀態時，光電轉換區、通道及電壓轉換區之電位能態樣；第6B圖係根據本發明之一實施例，一種影像感測裝置於關閉(turn off)狀態時，光電轉換區、通道及電壓轉換區之電位能態樣。
請參閱第1圖，根據本發明之一實施例，揭露一種影像感測裝置。影像感測裝置10包括一基板12，一通道14，形成於基板12中，一光電轉換區16，形成於基板12中，鄰接通道14之一側14’，一電壓轉換區18，形成於基板12中，鄰接通道14之另一側14”，一閘介電層20，形成於基板12上，以及一閘極24，形成於閘介電層20上。值得注意的是，通道14之摻雜濃度自通道14鄰接光電轉換區16之一側14’至通道14鄰接電壓轉換區18之另一側14”遞減。在此實施例中，通道14之摻雜濃
度自通道14鄰接光電轉換區16之一側14’至通道14鄰接電壓轉換區18之另一側14”呈連續式遞減。
請參閱第2圖，根據本發明之另一實施例，揭露一種影像感測裝置。影像感測裝置10包括一基板12，一通道14，形成於基板12中，一光電轉換區16，形成於基板12中，鄰接通道14之一側14’，一電壓轉換區18，形成於基板12中，鄰接通道14之另一側14”，一閘介電層20，形成於基板12上，以及一閘極24，形成於閘介電層20上。值得注意的是，通道14之摻雜濃度自通道14鄰接光電轉換區16之一側14’至通道14鄰接電壓轉換區18之另一側14”遞減。在此實施例中，通道14之摻雜濃度自通道14鄰接光電轉換區16之一側14’至通道14鄰接電壓轉換區18之另一側14”呈階梯式遞減。
在一實施例中，基板12可為一半導體基板，其可為摻雜P型摻雜物的矽基板，然，本發明並不限於此。在其他實施例中，基板12亦可包括其他種類的半導體材料，例如鍺或鑽石等元素半導體(elementary semiconductor)，或是例如碳化矽、砷化鎵、砷化銦或磷化銦等複合半導體。在其他實施例中，基板12亦可包括覆蓋於塊狀半導體(bulk semiconductor)上的磊晶層、覆蓋於塊狀矽(bulk silicon)上的鍺化矽層、覆蓋於塊狀鍺化矽上的矽材料層等、或是絕緣層上覆矽(silicon-on-insulator,SOI)結構。此外，在其他實施例中，基板12亦可包括摻雜P型或N型摻雜物的磊晶層。
在一實施例中，光電轉換區16可包括一光電轉換元件，例如一光二極體(photodiode,PD)。在其他實施例中，其
他光電轉換元件亦可適用。
在一實施例中，電壓轉換區18可為一浮置擴散區(floating diffusion,FD)，其可視為一電壓轉換元件，例如一電容結構。
在一實施例中，閘介電層20可由氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或其組合所構成。
在一實施例中，閘極24可由多晶矽或單晶矽所構成，其可作為一傳輸閘極(transfer gate)。
請參閱第3A~3K圖，根據本發明之一實施例，揭露一種影像感測裝置之製造方法。首先，請參閱第3A圖，提供一基板12。在一實施例中，基板12可為一半導體基板，其可為摻雜P型摻雜物的矽基板，然，本發明並不限於此。在其他實施例中，基板12亦可包括其他種類的半導體材料，例如鍺或鑽石等元素半導體(elementary semiconductor)，或是例如碳化矽、砷化鎵、砷化銦或磷化銦等複合半導體。在其他實施例中，基板12亦可包括覆蓋於塊狀半導體(bulk semiconductor)上的磊晶層、覆蓋於塊狀矽(bulk silicon)上的鍺化矽層、覆蓋於塊狀鍺化矽上的矽材料層等、或是絕緣層上覆矽(silicon-on-insulator,SOI)結構。此外，在其他實施例中，基板12亦可包括摻雜P型或N型摻雜物的磊晶層。
接著，仍請參閱第3A圖，藉由已知製作淺溝槽隔離物(STI)與P型井(PW)的一系列相關製程技術於基板12中製作淺溝槽隔離物(STI)28與P型井(PW)30。
之後，請參閱第3B圖，於基板12上覆蓋一光阻層
31。
接著，請參閱第3C圖，提供一灰階光罩(gray mask)33，並藉由灰階光罩33對光阻層31進行曝光製程35。將灰階光罩33中透光率呈連續式變化的一區域37對準基板12中預定形成通道的位置38，進行曝光。值得注意的是，在灰階光罩33的區域37中，其透光率自左側42至右側44呈連續式變化，例如自左側42至右側44呈連續式遞減，即左側42的透光率最高，右側44的透光率最低，而左側42與右側44之間的透光率介於最高與最低透光率之間且呈向右側44連續式遞減變化。
之後，請參閱第3D圖，對光阻層31進行圖案化(patterning)製程，以形成一光阻遮罩40，作為後續進行通道佈植(channel implantation)的遮罩。由於灰階光罩33區域37中的透光率自左側42至右側44呈連續式遞減(如第3C圖所示)，使得曝光、圖案化所得的光阻遮罩40的厚度自其左側46至右側48呈連續式遞增態樣，如第3D圖所示。
之後，請參閱第3E圖，對基板12進行一通道佈植製程(channel implantation)50，以於基板12中定義一通道14。由於具有阻擋摻質效果的光阻遮罩40的厚度自其左側46至右側48呈連續式遞增態樣，使得佈植製程後的通道14的摻雜濃度自通道14的左側52至通道14的右側54呈連續式遞減態樣。於移除光阻層31後，即完成摻雜濃度呈梯度變化的通道14的製作，如第3F圖所示。
接著，請參閱第3G圖，藉由例如化學氣相沈積(chemical vapor deposition,CVD)或熱氧化(thermal oxidation)
等的相關沈積或氧化製程於基板12上形成一閘介電層20。
之後，請參閱第3H圖，藉由例如低壓化學氣相沈積(low pressure chemical vapor deposition,LPCVD)、具有合適矽來源材料(silicon source material)的物理氣相沈積(physical vapor deposition,PVD)或任何適當的相關沈積製程於閘介電層20上形成一閘極24。在一實施例中，閘極24可由多晶矽或單晶矽所構成。值得注意的是，此處的閘極24作為一傳輸閘極(transfer gate)。
之後，請參閱第3I圖，對基板12進行例如單個或多個佈植製程，以於基板12中形成一光電轉換區16，並使其鄰接通道14的一側。在一實施例中，若基板12為摻雜P型摻雜物的磊晶層，則在製作光電轉換區16時，可對基板12中預定形成光電轉換區16的區域佈植N型摻雜物，以形成PN光電轉換區，例如形成一PN光二極體(photodiode)的光電轉換元件。在另一實施例中，亦可進一步對上述佈植N型摻雜物的區域表面再佈植P型摻雜物，以形成PNP光電轉換區，例如形成一PNP光三極體(phototriode)的光電轉換元件。
接著，請參閱第3J圖，藉由已知製作間隙壁(spacer)的相關製程技術於閘極24側壁形成間隙壁32。
之後，請參閱第3K圖，對基板12進行例如一佈植製程，以於基板12中形成一電壓轉換區18，並使其鄰接通道14的另一側。在一實施例中，若基板12為摻雜P型摻雜物的磊晶層，則在製作電壓轉換區18時，可對基板12中預定形成電壓轉換區18的區域佈植N型摻雜物，以形成N+電壓轉換區18。在一
實施例中，電壓轉換區18定義為一浮置擴散區(floating diffusion,FD)，其可視為一電壓轉換元件，例如一電容結構。在此重申，本實施例影像感測裝置中，通道14的摻雜濃度自通道14鄰接光電轉換區16的一側至通道14鄰接電壓轉換區18的另一側呈連續式遞減。至此，即完成本實施例影像感測裝置的製作。
請參閱第4A~4K圖，根據本發明之一實施例，揭露一種影像感測裝置之製造方法。首先，請參閱第4A圖，提供一基板12。在一實施例中，基板12可為一半導體基板，其可為摻雜P型摻雜物的矽基板，然，本發明並不限於此。在其他實施例中，基板12亦可包括其他種類的半導體材料，例如鍺或鑽石等元素半導體(elementary semiconductor)，或是例如碳化矽、砷化鎵、砷化銦或磷化銦等複合半導體。在其他實施例中，基板12亦可包括覆蓋於塊狀半導體(bulk semiconductor)上的磊晶層、覆蓋於塊狀矽(bulk silicon)上的鍺化矽層、覆蓋於塊狀鍺化矽上的矽材料層等、或是絕緣層上覆矽(silicon-on-insulator,SOI)結構。此外，在其他實施例中，基板12亦可包括摻雜P型或N型摻雜物的磊晶層。
接著，仍請參閱第4A圖，藉由已知製作淺溝槽隔離物(STI)與P型井(PW)的一系列相關製程技術於基板12中製作淺溝槽隔離物(STI)28與P型井(PW)30。
之後，請參閱第4B圖，於基板12上覆蓋一光阻層31。
接著，請參閱第4C圖，提供一灰階光罩(gray mask)
56，並藉由灰階光罩56對光阻層31進行曝光製程35。將灰階光罩56中透光率呈階梯式變化的一區域58對準基板12中預定形成通道的位置38，進行曝光。值得注意的是，在灰階光罩56的區域58中，其透光率自左側60至右側62呈階梯式變化，例如自左側60至右側62呈階梯式遞減，即左側60的透光率最高，右側62的透光率最低，而左側60與右側62之間的透光率介於最高與最低透光率之間且呈向右側62階梯式遞減變化。
之後，請參閱第4D圖，對光阻層31進行圖案化(patterning)製程，以形成一光阻遮罩64，作為後續進行通道佈植(channel implantation)的遮罩。由於灰階光罩56區域58中的透光率自左側60至右側62呈階梯式遞減(如第4C圖所示)，使得曝光、圖案化所得的光阻遮罩64的厚度自其左側66至右側68呈階梯式遞增態樣，如第4D圖所示。
之後，請參閱第4E圖，對基板12進行一通道佈植製程(channel implantation)50，以於基板12中定義一通道70。由於具有阻擋摻質效果的光阻遮罩64的厚度自其左側66至右側68呈階梯式遞增態樣，使得佈植製程後的通道70的摻雜濃度自通道70的左側72至通道70的右側74呈階梯式遞減態樣。於移除光阻層31後，即完成摻雜濃度呈梯度變化的通道70的製作，如第4F圖所示。
接著，請參閱第4G圖，藉由例如化學氣相沈積(chemical vapor deposition,CVD)或熱氧化(thermal oxidation)等的相關沈積或氧化製程於基板12上形成一閘介電層20。
之後，請參閱第4H圖，藉由例如低壓化學氣相沈
積(low pressure chemical vapor deposition,LPCVD)、具有合適矽來源材料(silicon source material)的物理氣相沈積(physical vapor deposition,PVD)或任何適當的相關沈積製程於閘介電層20上形成一閘極24。在一實施例中，閘極24可由多晶矽或單晶矽所構成。值得注意的是，此處的閘極24作為一傳輸閘極(transfer gate)。
之後，請參閱第4I圖，對基板12進行例如單個或多個佈植製程，以於基板12中形成一光電轉換區16，並使其鄰接通道70的一側。在一實施例中，若基板12為摻雜P型摻雜物的磊晶層，則在製作光電轉換區16時，可對基板12中預定形成光電轉換區16的區域佈植N型摻雜物，以形成PN光電轉換區，例如形成一PN光二極體(photodiode)的光電轉換元件。在另一實施例中，亦可進一步對上述佈植N型摻雜物的區域表面再佈植P型摻雜物，以形成PNP光電轉換區，例如形成一PNP光三極體(phototriode)的光電轉換元件。
接著，請參閱第4J圖，藉由已知製作間隙壁(spacer)的相關製程技術於閘極24側壁形成間隙壁32。
之後，請參閱第4K圖，對基板12進行例如一佈植製程，以於基板12中形成一電壓轉換區18，並使其鄰接通道70的另一側。在一實施例中，若基板12為摻雜P型摻雜物的磊晶層，則在製作電壓轉換區18時，可對基板12中預定形成電壓轉換區18的區域佈植N型摻雜物，以形成N+電壓轉換區18。在一實施例中，電壓轉換區18定義為一浮置擴散區(floating diffusion,FD)，其可視為一電壓轉換元件，例如一電容結構。
在此重申，本實施例影像感測裝置中，通道70的摻雜濃度自通道70鄰接光電轉換區16的一側至通道70鄰接電壓轉換區18的另一側呈階梯式遞減。至此，即完成本實施例影像感測裝置的製作。
以下，請參閱第5A與5B圖，說明本發明影像感測裝置的開啟(turn on)與關閉(turn off)。第5A圖為本發明影像感測裝置閘極於開啟(turn on)狀態時，光電轉換區、通道及電壓轉換區的電位能態樣，第5B圖則為本發明影像感測裝置閘極於關閉(turn off)狀態時，光電轉換區、通道及電壓轉換區的電位能態樣。首先，請參閱第5A圖，當閘極24於開啟(turn on)狀態時(對閘極24施加一操作電壓)，光電轉換區16、通道14及電壓轉換區18的電位能會呈現如圖中所示的態樣，光電轉換區16的電位能E1，通道14的電位能E2，以及電壓轉換區18的電位能E4。值得注意的是，由於通道14的摻雜濃度(doping concentration)自通道14鄰接光電轉換區16的一側至通道14鄰接電壓轉換區18的另一側連續式遞減，使得通道14的電位能E2呈現一連續式遞減的狀態。此時，因照光累積在光電轉換區16中的電荷5即會自高電位能的光電轉換區16經通道14傳輸至電壓轉換區18，進行讀出(readout)。由於通道14的電位能E2為向右連續式遞減並趨向鄰近電壓轉換區18的電位能E4，使得在開啟(turn on)狀態時通道14中的電荷5幾乎可全數傳輸至電壓轉換區18，而不會累積在通道14中，大幅提升電荷傳輸效率。
接著，請參閱第5B圖，當閘極24於關閉(turn off)狀態時，光電轉換區16、通道14及電壓轉換區18的電位能會呈
現如圖中所示的態樣，光電轉換區16的電位能E1，通道14的電位能E2，以及電壓轉換區18的電位能E4。值得注意的是，由於通道14的摻雜濃度(doping concentration)自通道14鄰接光電轉換區16的一側至通道14鄰接電壓轉換區18的另一側連續式遞減，使得通道14的電位能E2呈現一連續式遞減的狀態。此時，由於通道14的電位能E2明顯高於光電轉換區16的電位能E1，使得電荷5不再容易自光電轉換區16漏至通道14，且通道14中的殘餘電荷亦不容易回流至光電轉換區16，達到極佳關閉效果。
以下，請參閱第6A與6B圖，根據本發明之另一實施例，說明本發明影像感測裝置的開啟(turn on)與關閉(turn off)。第6A圖為本發明影像感測裝置閘極於開啟(turn on)狀態時，光電轉換區、通道及電壓轉換區的電位能態樣，第6B圖則為本發明影像感測裝置閘極於關閉(turn off)狀態時，光電轉換區、通道及電壓轉換區的電位能態樣。首先，請參閱第6A圖，當閘極24於開啟(turn on)狀態時(對閘極24施加一操作電壓)，光電轉換區16、通道14及電壓轉換區18的電位能會呈現如圖中所示的態樣，光電轉換區16的電位能E1，通道14的電位能E2，以及電壓轉換區18的電位能E4。值得注意的是，由於通道14的摻雜濃度(doping concentration)自通道14鄰接光電轉換區16的一側至通道14鄰接電壓轉換區18的另一側階梯式遞減，使得通道14的電位能E2呈現一階梯式遞減的狀態。此時，因照光累積在光電轉換區16中的電荷5即會自高電位能的光電轉換區16經通道14傳輸至電壓轉換區18，進行讀出(readout)。由於通道14的電位能E2為向右階梯式遞減並趨向鄰近電壓轉換區18的
電位能E4，使得在開啟(turn on)狀態時通道14中的電荷5幾乎可全數傳輸至電壓轉換區18，而不會累積在通道14中，大幅提升電荷傳輸效率。
接著，請參閱第6B圖，當閘極24於關閉(turn off)狀態時，光電轉換區16、通道14及電壓轉換區18的電位能會呈現如圖中所示的態樣，光電轉換區16的電位能E1，通道14的電位能E2，以及電壓轉換區18的電位能E4。值得注意的是，由於通道14的摻雜濃度(doping concentration)自通道14鄰接光電轉換區16的一側至通道14鄰接電壓轉換區18的另一側階梯式遞減，使得通道14的電位能E2呈現一階梯式遞減的狀態。此時，由於通道14的電位能E2明顯高於光電轉換區16的電位能E1，使得電荷5不再容易自光電轉換區16漏至通道14，且通道14中的殘餘電荷亦不容易回流至光電轉換區16，達到極佳關閉效果。
由於本發明通道摻雜濃度呈梯度變化的結構設計，使得通道電位能於開啟(turn on)或關閉(turn off)時呈現連續式遞減或階梯式遞減的態樣，當閘極開啟時，由於通道的最低電位能鄰近電壓轉換區的電位能，使得電荷不易停留於通道中，而會全數傳輸至電壓轉換區，有效提升電荷傳輸效率，而當閘極關閉時，由於通道的最高電位能明顯高於光電轉換區的電位能，使得電荷不易自例如光二極體(PD)的光電轉換區漏至通道並可避免通道中的殘餘電荷回流至光二極體(PD)。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，
因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧影像感測裝置
12‧‧‧基板
14‧‧‧通道
14’‧‧‧通道鄰接光電轉換區之一側
14”‧‧‧通道鄰接電壓轉換區之一側
16‧‧‧光電轉換區
18‧‧‧電壓轉換區
20‧‧‧閘介電層
24‧‧‧閘極
32‧‧‧間隙壁
Claims (12)
- 一種影像感測裝置，包括：一基板；一通道，形成於該基板中；一光電轉換區，形成於該基板中，鄰接該通道之一側；一電壓轉換區，形成於該基板中，鄰接該通道之另一側，其中該通道之摻雜濃度自該通道鄰接該光電轉換區之該側至該通道鄰接該電壓轉換區之該另一側遞減；一閘介電層，形成於該基板上；以及一閘極，形成於該閘介電層上。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該光電轉換區包括一光二極體(photodiode,PD)。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該電壓轉換區為一浮置擴散區(floating diffusion,FD)。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該電壓轉換區包括一電容。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該通道之摻雜濃度自該通道鄰接該光電轉換區之該側至該通道鄰接該電壓轉換區之該另一側呈連續式遞減。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該通道之摻雜濃度自該通道鄰接該光電轉換區之該側至該通道鄰接該電壓轉換區之該另一側呈階梯式遞減。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該閘極為一傳輸閘極(transfer gate)。
- 一種影像感測裝置之製造方法，包括：提供一基板；以一灰階光罩形成一通道於該基板中；形成一閘介電層於該基板上；形成一閘極於該閘介電層上；形成一光電轉換區於該基板中，鄰接該通道之一側；以及形成一電壓轉換區於該基板中，鄰接該通道之另一側，其中該通道之摻雜濃度自該通道鄰接該光電轉換區之該側至該通道鄰接該電壓轉換區之該另一側遞減。
- 如申請專利範圍第8項所述之影像感測裝置之製造方法，其中該灰階光罩之透光率呈連續式變化。
- 如申請專利範圍第9項所述之影像感測裝置之製造方法，其中該通道之摻雜濃度自該通道鄰接該光電轉換區之該側至該通道鄰接該電壓轉換區之該另一側呈連續式遞減。
- 如申請專利範圍第8項所述之影像感測裝置之製造方法，其中該灰階光罩之透光率呈階梯式變化。
- 如申請專利範圍第11項所述之影像感測裝置之製造方法，其中該通道之摻雜濃度自該通道鄰接該光電轉換區之該側至該通道鄰接該電壓轉換區之該另一側呈階梯式遞減。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW103101381A TWI531050B (zh) | 2014-01-15 | 2014-01-15 | 影像感測裝置及其製造方法 |
| US14/253,287 US20150200218A1 (en) | 2014-01-15 | 2014-04-15 | Image sensor devices and methods for fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW103101381A TWI531050B (zh) | 2014-01-15 | 2014-01-15 | 影像感測裝置及其製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201528482A TW201528482A (zh) | 2015-07-16 |
| TWI531050B true TWI531050B (zh) | 2016-04-21 |
Family
ID=53522013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW103101381A TWI531050B (zh) | 2014-01-15 | 2014-01-15 | 影像感測裝置及其製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20150200218A1 (zh) |
| TW (1) | TWI531050B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102015112729A1 (de) * | 2015-08-03 | 2017-02-09 | Infineon Technologies Dresden Gmbh | Halbleiterbauelement mit einem lateral variierenden Dotierprofil und ein Verfahren zu dessen Herstellung |
| JP7024626B2 (ja) * | 2018-06-27 | 2022-02-24 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置、半導体装置の製造方法 |
| TWI691098B (zh) * | 2018-11-19 | 2020-04-11 | 力晶積成電子製造股份有限公司 | 影像感測器及其製造方法 |
-
2014
- 2014-01-15 TW TW103101381A patent/TWI531050B/zh active
- 2014-04-15 US US14/253,287 patent/US20150200218A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201528482A (zh) | 2015-07-16 |
| US20150200218A1 (en) | 2015-07-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7524695B2 (en) | Image sensor and pixel having an optimized floating diffusion | |
| US7344964B2 (en) | Image sensor with improved charge transfer efficiency and method for fabricating the same | |
| US20060022232A1 (en) | Image sensor with improved charge transfer efficiency and method for fabricating the same | |
| KR101626121B1 (ko) | 이미지 센서의 단위 화소 | |
| CN101192570B (zh) | Cmos图像传感器 | |
| US9502463B2 (en) | Method for fabricating image sensor device | |
| TWI531050B (zh) | 影像感測裝置及其製造方法 | |
| US9397135B2 (en) | Active pixel sensor having a raised source/drain | |
| TW201528486A (zh) | 影像感測裝置及其製造方法 | |
| TWI556419B (zh) | 影像感測裝置及其製造方法 | |
| US7534643B2 (en) | CMOS image sensor and method for fabricating the same | |
| JP2006222379A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| TW202034518A (zh) | 影像感測器及其製造方法 | |
| US11869906B2 (en) | Image sensor with elevated floating diffusion | |
| KR100672665B1 (ko) | 씨모스 이미지 센서의 제조 방법 | |
| TW202407988A (zh) | 雙深度接面結構及製程方法 | |
| KR100971209B1 (ko) | 씨모스 이미지 센서의 제조방법 | |
| KR20100045110A (ko) | 씨모스 이미지 센서의 제조 방법 | |
| US20170345852A1 (en) | Pixel with spacer layer covering photodiode | |
| JP2006303026A (ja) | 固体撮像装置およびその製造方法 | |
| KR20100076413A (ko) | 이미지센서의 단위픽셀 및 그 제조방법 | |
| KR20060122259A (ko) | 포토 다이오드 및 그 제조 방법 | |
| KR20110005037A (ko) | 이미지 센서 및 그의 제조 방법 | |
| KR20100059296A (ko) | 씨모스 이미지 센서의 제조 방법 | |
| KR20080062061A (ko) | 이미지 센서 및 그 제조 방법 |