TWI672821B - 半導體裝置及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種半導體裝置包含：形成在基板中的光二極體；以及至少一電晶體，具有包含第一部分以及耦接到第一部分的末端的第二部分的閘極結構，第一部分設置在基板的主要表面上方並沿著基板的主要表面延伸，且第二部分從基板的主要表面延伸到基板中，其中光二極體以及至少一電晶體至少部分形成畫素。

Description

半導體裝置及其製造方法
本揭露內容實施例是關於一種半導體裝置，且特別是關於具有沿著基板表面側向延伸和沿著基板表面垂直延伸進基板中的閘極的一種半導體裝置及其製造方法。
積體電路技術正不斷改進中。這樣的改進經常包含縮小裝置的幾何尺寸以達到更低的製造成本、更高的裝置集成密度、更快的速度以及更加的效能。隨著縮小幾何尺寸下產生的多種優勢，正直接地對積體電路裝置，如影像感測器裝置等做出改進。
一般來說，影像感測器裝置包含畫素的陣列(或柵極)，用以偵測入射光以及記錄入射光的強度(或亮度)。每一個畫素包含至少一個光敏二極體(下文統稱「光二極體」)，配置以偵測入射光以及將入射光轉換成電子信號(如光電流/電流信號)，以及多個電晶體(下文統稱「畫素電晶體」)，耦接到光二極體，其共同配置以處理電子信號以記錄偵測的入射光的強度或亮度。
為評估影像感測器裝置的效能，一般考慮影像 感測器裝置的各種特性，其中一重要的特性為影像感測器裝置的量子效率。這樣的量子效率通常受到影像感測器裝置的「填充因子」所決定。填充因子是以光二極體佔的晶片面積除以相應的畫素的總晶片面積的比率來計算。然而，在傳統的影像感測器裝置中，上述至少一種畫素電晶體是以平面形成的。也就是說，至少一種畫素電晶體的相應的閘極結構僅側邊沿著畫素的主要表面延伸。當以這樣完全側向的方式下形成閘極結構時，會不利地減小填充因子，這是因為在給定的晶片面積上方，顯著地減少了可用以設置光二極體的晶片面積。
因此，現行的影像感測器裝置及其製造方法不完全令人滿意。
本揭露之一實施例涉及一種半導體裝置，其包含形成在基板中的光二極體；以及具有至少部分從基板的主要表面延伸至基板中的閘極結構的至少一電晶體，其中光二極體以及至少一電晶體至少部分構成畫素。
本揭露之另實施例涉及一種半導體裝置，其包含形成在基板中的光二極體；以及包含至少一電晶體，至少一電晶體具有包含第一部分以及耦接到第一部分的末端的第二部分的閘極結構，第一部分設置在基板的主要表面上方，並沿著基板的主要表面延伸，第二部分從基板的主要表面延伸並進入基板中，其中，光二極體以及至少一電晶體至 少部分形成畫素。
本揭露之又實施例涉及一種方法，其包含形成延伸進基板中的隔離結構；形成在被隔離結構環繞的基板中的第一半導體區以及第二半導體區；使隔離結構的部分凹陷，以暴露隔離結構的側壁，且側壁面向第一半導體區及第二半導體區，但和第一半導體區及第二半導體區側向間隔開；以及形成沿著基板的主要表面延伸的閘極結構，並填滿隔離結構的凹陷區。
100‧‧‧方法
102、104、106、108、110、112、114、116、118、120‧‧‧操作
200‧‧‧影像感測器裝置(或是半導體裝置)
202‧‧‧基板
203‧‧‧前表面
205‧‧‧後表面
206‧‧‧凹陷區
207‧‧‧主動區
208‧‧‧隔離介電材料
210‧‧‧隔離結構
212‧‧‧第一半導體區
212’‧‧‧深度
213‧‧‧基板的暴露部分
214‧‧‧第二半導體區
214’‧‧‧深度
215‧‧‧第一半導體區的部分(或p-n接面)
218‧‧‧溝槽
218-1‧‧‧側壁
218-2‧‧‧底部邊界
220‧‧‧閘極介電層
220’‧‧‧圖案化的閘極介電層
222’‧‧‧圖案化的閘極材料
226‧‧‧閘極堆疊
226-1‧‧‧第一部分
226-2‧‧‧第二部分
226-3‧‧‧傾斜部分(或是第一部分側向延伸的部分)
300‧‧‧上視圖
301‧‧‧傾斜部分的一側
303‧‧‧和傾斜部分的一側相反的另一側
305‧‧‧浮動擴散區
A-A‧‧‧線
閱讀以下詳細敘述並搭配對應之圖式，可理解本揭露之多個樣態。應指出的是，多數構造特徵並未依比例畫製。事實上，多數構造特徵的維度及幾何尺寸可以任意方式增大或縮少，以為明確之討論；第1圖繪示根據一些實施例的形成半導體裝置的例示性方法的流程圖；第2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G、2H、2I、2J圖繪示根據一些實施例的利用第1圖的方法，在不同製造階段的例示性的半導體裝置的剖面圖；以及第3圖繪示根據一些實施例的利用第1圖的方法的例示性的半導體裝置的上視圖。
以下揭示內容提供許多不同實施例或示例，用於實 施本揭露之不同特徵。下文描述組件及排列之特定實例以簡化本揭露書的內容。當然，該等實例僅為示例且並不意欲為限制性。舉例而言，以下描述中在第二特徵上方或第二特徵上形成第一特徵可包括以直接接觸形成第一特徵及第二特徵的實施例，且亦可包括可在第一特徵與第二特徵之間形成額外特徵以使得第一特徵及第二特徵可不處於直接接觸的實施例。另外，本揭露可在各實例中重複元件符號及/或字母。此重複本身並不指示所論述之各實施例及/或配置之間的關係。
進一步地，為了便於描述，本文可使用空間相對性用語(諸如「之下」、「下方」、「下部」、「上方」、「上部」及類似者)來描述諸圖中所圖示一個元件或特徵與另一元件(或多個元件)或特徵(或多個特徵)之關係。除了諸圖所描繪之定向外，空間相對性用語意欲包含元件在使用或操作中之不同定向。裝置可經其他方式定向(旋轉90度或處於其他定向)且因此可同樣解讀本文所使用之空間相對性描述詞。
本揭露提供多種影像感測器裝置的實施例及其製造方法。在一些實施例中，揭露的影像感測器裝置包含多個形成在半導體基板上的畫素，每一個畫素包含至少一個形成在半導體基板中的光二極體以及至少一個具有相應的閘極結構的畫素電晶體，並至少部分地延伸進半導體基板中。藉由形成至少一畫素電晶體在多個畫素的每一個畫素中的這種方式，揭露的影像感測器裝置的對應填充因子可顯著地增加，這是因為畫素電晶體延伸的側向距離可減少，造成更多的光二極體設置在給定的晶片面積上方。如此一來，揭露的影像感測器裝置的效能(如量子效率)可比 現行的影像感測器裝置有顯著地改善，同時不改變揭露的影像感測器裝置形成區域的面積。
第1圖繪示根據本揭露一或多個實施例的形成半導體裝置的方法100的流程圖。應注意的是，方法100僅為實例，並不意欲用以限定本揭露。在一些實施例中，半導體裝置可至少為部分的影像感測器裝置。如同本揭露所採用的，影像感測器裝置可指任何的可偵測光學訊號(如光子)、將光學訊號轉換成電子訊號並處理電子訊號的裝置。舉例來說，影像感測器裝置可為互補式金氧半導體影像感測器裝置、主動式畫素感測器裝置、電荷耦合裝置或是被動式畫素感測器裝置。應注意的是，第1圖的方法100並非產生一個完整的影像感測器裝置。完整的影像感測器裝置可使用互補式金氧半導體技術處理來製造。因此，可理解的是，附加的操作可在第1圖的方法100的操作之前、期間或之後提供，且一些其他的操作僅在本文中簡述。
在一些實施例中，方法100始於操作102，其中提供了基板。在一些實施例中，基板本質上或外在地摻雜第一摻雜類型(如p型)。方法100接續操作104，其中凹陷區形成在基板上方。在一些實施例中，凹陷區形成如環型結構，從基板的前表面延伸進基板中。方法100接續操作106，其中隔離介電材料沉積在基板上方。在一些實施例中，隔離介電材料覆蓋在基板的前表面並因此填滿凹陷區。方法100接續操作108，其中隔離結構形成。在一些實施例中，隔離結構係藉由實施研磨製程(如化學機械研磨製程)以形成，並形成在隔離介電材料上直到基板的前表面再度暴露出來。如此一來，隔離結構可遵循凹陷區的輪廓(如環狀結構)。 換句話說，隔離結構定義了(如環繞)至少形成一畫素的主動區。方法100接續操作110，其中第一半導體區形成在基板上方。在一些實施例中，第一半導體區摻雜和第一摻雜類型相反的第二摻雜類型(如n型)。並且，第一半導體區被隔離結構側向環繞(亦即在上述主動區內)且向內延伸至基板內的第一深度。方法100接續操作112，其中第二半導體區形成在第一半導體區上方。在一些實施例中，第二半導體區摻雜第一摻雜類型(如p型)。並且，第二半導體區向內延伸至基板(或第一半導體區)內的第二深度，該第二深度較第一深度淺。如此一來，兩種不同摻雜類型(兩種不同導電類型)的連通的接面可在基板內形成並被隔離結構環繞。
接著，方法100接續操作114，其中至少凹陷部分的隔離結構。在一些實施例中，在至少凹陷部分的隔離結構後，隔離介電材料填滿的部分的凹陷區(在操作104中形成)可再度暴露出來。方法100接續操作116，其中閘極介電層形成。在一些實施例中，閘極介電層形成在基板的前表面上方，因此成為隔離特徵的凹入部分的內襯。方法100接續操作118，其中閘極材料形成在閘極介電層上方。這樣的閘極材料，舉例來說，可包含多晶矽材料。在一些實施例中，因為閘極材料層(在操作116中形成)實質上是薄的，在閘極介電層的形成後仍可能存在「溝槽」。如此一來，一般形成為相對厚的層的閘極材料，可重新填滿溝槽並覆蓋基板的前表面。另一方面來說，以部分的閘極材料層為內襯的部分的閘極材料，藉由隔離結構向內延伸至基板中，這在下方會有更詳細的討論。方法100接續操作120，其中閘極堆疊形成在基板上方。在一些實施例中，閘極堆疊包含閘極介電層以及延伸至基板 中且從基板前表面突出的閘極材料。
在一些實施例中，方法100的操作分別與第2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G、2H、2I、2J圖在不同製造階段的半導體裝置200的剖面圖有關連。在一些實施例中，半導體裝置200可僅包含影像感測器裝置的多個畫素的其中一個。影像感測器裝置200可被包含在為微處理器、儲存單元及/或其他積體電路中。並且，第2A到第2J圖被簡化用以更好理解本揭露的概念。舉例來說，雖然圖式繪示了影像感測裝置200，可理解的是，為了清楚說明，其中形成影像感測器裝置200的積體電路可包含任何期望數量的其他裝置，該裝置包含電阻器、電容器、感應器、熔斷器等等，以及每個實質上與所示畫素類似的其他畫素並未繪示於第2A到第2J圖中。
對應於第1圖的操作102，根據一些實施例，第2A圖為包含基板202的影像感測器裝置200的剖面圖，該基板在不同製造階段的其中一個中提供。如圖所繪示，基板202包含前表面203(也可稱為前側)，以及後表面205(也可稱為後側)。基板202包含摻雜第一摻雜類型的摻雜物(如p型摻雜物)的矽基板，如硼，在這種情況下基板202為p型基板。在一些其他的實施例中，基板202可包含其他適合的半導體材料。舉例來說，基板202可為摻雜不同摻雜類型的摻雜物(如n型摻雜物)的矽基板，如磷或砷，在這種情況下基板202為n型基板。為了一致，本文中下述的討論的p型摻雜物和n型摻雜物分別稱為「第一類型摻雜物」以及「第二類型摻雜物」。又在一些其他的實施例中，基板202可包含其 他基礎半導體材料，如鍺或鑽石。基板202可選擇性地包含複合半導體及/或合金半導體。進一步地，在一些替代的實施例中，基板202可包含磊晶層，可受應變以增強效能，以及可包含絕緣層上矽結構。
對應於第1圖的操作104，根據一些實施例，第2B圖為包含凹陷區206的影像感測器裝置200的剖面圖，該凹陷區在不同製造階段的其中一個中形成。如圖所繪示，形成的凹陷區206從基板的前表面203延伸至基板202中。在一些實施例中，當從頂部觀看時，凹陷區206可形成如環狀結構，以環繞主動區207，其中這樣的主動區207可用以形成影像感測器裝置200的至少一個畫素，其可包含指少一個光二極體以及一個畫素電晶體，如下所述。
在一些實施例中，凹陷區206可藉由實施至少一些以下的製程來形成：利用化學汽相沉積、物理汽相沉積、旋轉塗布及/或其他適合的技術，以在基板的前表面203上方沉積一或多層可去除層(如光阻層、硬遮罩層等等)；實施一或多個圖案化製程(如微影製程、乾式/濕式蝕刻製程、清洗製程、軟/硬烘烤製程等等)以形成穿過一或多個可去除層的開口；使用一或多個蝕刻製程(乾式及/或濕式)，其中圖案化的可去除層作為遮罩以凹陷基板202的上端部分；以及移除一或多個可去除層。
對應第1圖的操作106，根據一些實施例，第2C圖為包含隔離介電材料208的影像感測器裝置200的剖面圖，該隔離介電材料在不同製造階段中的其中一個中沉積。 如圖所繪示，形成的隔離介電材料208覆蓋基板202的前表面203，並因此填滿凹陷區206。在一些實施例中，隔離介電材料208可包含任何多種的氧化物材料，舉例來說，如氧化矽。在一些實施例中，隔離介電材料206可利用化學汽相沉積、物理汽相沉積及/或其他適當的沉積技術來填滿凹陷區206以覆蓋基板202的前表面203。
對應第1圖的操作108，根據一些實施例，第2D圖為包含隔離結構210的影像感測器裝置200，該隔離結構210在不同製造階段中的其中一個中形成。在一些實施例中，隔離結構210為填滿凹陷區206的隔離介電材料。因此，隔離結構210可遵循如凹陷區206一樣的輪廓，亦即為環繞主動區207的環狀結構。隔離結構210一般稱為淺溝槽隔離結構。雖然並未繪示在第2D圖的說明實施例中，然而應可理解的是，一或多個其他的隔離結構(如深溝槽隔離結構)可形成在隔離結構210周圍，以進一步改善隔離結構210的隔離能力(如減少鄰近畫素之間的串音)，同時保持在本揭露的範圍內。在一些實施例中，隔離結構210可藉由實施研磨製程(如化學機械研磨製程)來形成在隔離介電材料上方(第2C圖)，直到基板202的前表面203再度暴露出來。
對應第1圖的操作110，根據一些實施例，第2E圖為包含第一半導體區212的影像感測器裝置200的剖面圖，該第一半導體區在不同製造階段的其中一個中形成。如圖所繪示，第一半導體區212沿著基板202的前表面203形成，並在基板302的部分213暴露的情形下，部分覆蓋基板 202，且從前表面203向內延伸至基板202中的深度212’。在一些實施例中，第一半導體區212摻雜和基板202摻雜類型相反的第二摻雜類型(n型)。在一些替代的實施例中，第一半導體區212可沿著基板202的前表面203形成，以完全覆蓋基板202(亦即不存在所謂的暴露部分213)。
在一些實施例中，第一半導體區212可藉由至少一些以下的製程來形成：使用化學汽相沉積、物理汽相沉積、旋轉塗布及/或其他適當的技術以在基板202上方沉積可去除層(如光阻層、硬遮罩層等等)；實施一或多個圖案化製程(如微影製程、乾式/濕式蝕刻製程、清洗製程、軟/硬烘烤製程等等)以形成穿過可移除層的開口，其中開口被隔離結構210環繞；在利用圖案化的可去除層作為遮罩的情形下，實施摻雜製程(如離子植入製程、擴散製程等等)以將具有第二摻雜類型(n型)的多種摻雜物摻入到基板202中；移除可去除層；以及實施選擇性的退火製程以活化摻入的摻雜物。
對應第1圖的操作112，根據一些實施例，第2F圖為包含第二半導體區214的影像感測器裝置200，該第二半導體區在不同製程中的其中一個中形成。如圖所繪示，第二半導體區214沿著基板202的前表面203形成，並在第一半導體區212的部分215暴露的情形下，部分覆蓋第一半導體區212，且向內延伸至第一半導體區212中的深度214’，該深度較第一半導體區212的深度212’淺。
在一些實施例中，與基板202相似，第二半導 體區同樣摻雜第一摻雜類型(p型)，但濃度升高。如此一來，p-n接面215可在第一半導體區212和第二半導體區214之間的界面形成，且在一些實施例中，第一半導體區212和第二半導體區214(具有p-n接面215)可用作被隔離結構210環繞的畫素的光二極體。本揭露所採用的，這樣的光二極體可配置以將從前表面203或後表面205入射的輻射源(如光)轉換為電流訊號，這將在下述做進一步詳細討論。進一步地，根據一些實施例，至少部分由於升高摻雜濃度的緣故，一般稱為「固定層」的第二半導體區214，可配置以提供隔離結構予第一半導體區212。
在一些實施例中，第二半導體區214可藉由至少一些以下的製程來形成：使用化學汽相沉積、物理汽相沉積、旋轉塗布及/或其他適當的技術以在基板202上方沉積可去除層(如光阻層、硬遮罩層等等)；實施一或多個圖案化製程(如微影製程、乾式/濕式蝕刻製程、清洗製程、軟/硬烘烤製程等等)以穿過可去除層形成開口，其中開口對準第一半導體區206(如側向限制在由第一半導體區206定義的區域內)；在圖案化的可去除層作為遮罩的情形下，實施摻雜製程(如離子植入製程、擴散製程等等)以將具有第一摻雜類型(p型)的多種摻雜物摻入到第一半導體區206中；移除可去除層；以及實施選擇性的退火製程以活化摻入的摻雜物。
對應第1圖的操作114，根據一些實施例，第2G圖為影像感測器裝置200的剖面圖，其中在不同製程中的其 中一個中凹陷部分的隔離結構210。如第2G圖的說明實施例所繪示，隔離結構210的凹陷部分側向鄰近前表面203的暴露部分213，前表面203的暴露部分213形成側向鄰近前表面203的暴露部分213的溝槽218。應注意的是，溝槽218為凹陷區206的一部分(第2B圖)。更具體地說，在一些實施例中，在溝槽218形成後，至少各別凹陷區206的側壁(同樣為溝槽218的側壁218-1)的上端部分及/或至少一部分的凹陷區206的底部邊界(同樣為溝槽218的底部邊界)分別再度暴露出來。
在一些實施例中，溝槽218可藉由至少一些以下的製程來形成：使用化學汽相沉積、物理汽相沉積、旋轉塗布及/或其他適當的技術以在基板202的前表面203上方沉積一或多層可去除層(如光阻層、硬遮罩層等等)；實施一或多個圖案化製程(如微影製程、乾式/濕式蝕刻製程、清洗製程、軟/硬烘烤製程等等)以穿過一或多層可去除層形成開口，其中開口對準欲形成溝槽218的區域；使用一或多個蝕刻製程(乾式及/或濕式)，在以圖案化的可去除層作為遮罩的情形下，凹陷部分的隔離結構210；以及移除一或多層可去除層。
對應第1圖的操作116，根據一些實施例，第2H圖為包含閘極介電層220的影像感測器裝置200的剖面圖，該閘極介電層在不同製程中的其中一個中形成。如圖所繪示，形成的閘極介電層220覆蓋基板202。更具體地說，閘極介電層220覆蓋隔離結構210、第一半導體區212、第二 半導體區214、基板202的前表面203的暴露部分213，以及溝槽218。在一些實施例中，因為閘極介電層220實質上為薄且保形的，閘極介電層220可形成為溝槽218的內襯，亦即沿著側壁218-1以及底部邊界218-2延伸出，同時未完全填滿溝槽218。
在一些實施例中，閘極介電層220是由高介電常數(以下統稱高k或HK)材料形成。高k材料可包含金屬氧化物、金屬氮化物、金屬矽化物、過渡金屬氧化物、過渡金屬氮化物、過渡金屬矽化物、金屬氮氧化物、金屬鋁酸鹽、矽酸鋯、鋁酸鋯、上述組合或其他適當的組合物。例示性的高k材料進一步包含氧化鉿、矽氧化鉿、矽酸鉿氮氧化合物、氧化鉿鉭、氧化鉿鈦、氧化鉿鋯、上述組合或其他適當的材料。另一方面，高k材料可包含其他高k的介電質，如氧化鑭、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、五氧化二鉭、三氧化二釔、鈦酸鍶(STO)、鈦酸鋇(BTO)、鋯酸鋇、鑭氧化鉿、矽氧化鉿、矽氧化鑭、矽氧化鋁、鈦酸鍶/鋇、三氧化二鋁、氮化矽及/或其他適當的材料。雖然本文描述為包含高k材料的實施例，其他介電材料(如二氧化矽)為可能的且在本揭露的範圍內。在一些實施例中，閘極介電層220可使用原子層沉積、化學汽相沉積或物理汽相沉積技術來形成，以在基板202上方沉積至少上述介電材料的其中一種。
對應第1圖的操作118，根據一些實施例，第2I圖為包含閘極材料222的影像感測器裝置200的剖面圖，該閘極材料在不同製程中的其中一個中形成。如圖所繪示，閘 極材料222覆蓋基板202，且因為形成的閘極材料實質上是薄的，所以閘極材料填滿溝槽218。根據一些實施例，包含多晶矽材料的閘極材料222，舉例來說，可利用化學汽相沉積或物理汽相沉積技術來形成，以在基板202上方沉積多晶矽。
對應第1圖的操作120，根據一些實施例，第2J圖為包含閘極堆疊226的影響感測器裝置200的剖面圖，該閘極堆疊在不同製程中的其中一個中形成。根據一些實施例，閘極堆疊226包含圖案化的閘極介電層220’以及圖案化的閘極材料222’。在第2J圖說明的實施例中，閘極堆疊226包含至少兩個部分：沿著基板202的前表面203側向延伸的第一部分226-1，以及從前表面203向內延伸至基板202中的第二部分226-2。進一步地，在一些實施例中，第一部分226-1沿著基板202的前表面203側向延伸至至少部分覆蓋第一半導體區212的部分215。
在一些實施例中，閘極堆疊226可藉由實施至少一些以下的製程來形成：使用化學汽相沉積、物理汽相沉積、旋轉塗布及/或其他適合的技術以在閘極材料222上方沉積一或多層可去除層(如光阻層、硬遮罩層等等)；實施一或多個圖案化製程(如微影製程、乾式/濕式蝕刻製程、清洗製程、軟/硬烘烤製程等等)以穿過一或多層可去除層形成開口，其中開口對準非形成閘極堆疊226的區域；使用一或多個蝕刻製程(乾式及/或濕式)，在圖案化可去除層作為遮罩的情形下，凹陷閘極材料222以及閘極介電層220的各別部 分；以及移除一或多層可去除層。
如上所述，第一半導體區212和第二半導體區214形成被隔離結構210環繞的畫素的光二極體。在一些實施例中，閘極堆疊226可形成為畫素的轉換電晶體的「轉換閘極」。在操作中，光二極體首先吸收從前表面203或後表面205入射的輻射光源，並將輻射光源轉換為第一半導體區212(如靠近部分215)中的多個電子-電洞對。接著，在一些實施例中，閘極堆疊226配置為閘極，以控制(調節)產生的電子-電洞對的「流動」(亦即電流訊號)進入浮動擴散區(未繪示於第2J圖的剖面圖)。這樣的擴散區進一步耦和至畫素的一或多個其他的電晶體(如重置電晶體、源極隨耦電晶體(source follower transistor)、選擇電晶體等等)，以使得一或多個其他的電晶體進一步處理產生的電流訊號。
在傳統的影像感測器裝置中，上述轉換電晶體的閘極堆疊一般僅沿著前表面203延伸形成(亦即無第二部分226-2)。當以這樣完全側向配置形成轉換電晶體的閘極堆疊時，可能引發各種問題。舉例來說，因為傳統影像感測器裝置的多個畫素的每一個中的轉換電晶體的閘極堆疊僅沿著單一方向延伸，因此上述的浮動擴散區可能僅沿著該單一方向延伸。如此一來，在可用於在多個像素上方形成光二極體的沿著該方向的給定距離上的各個間距明顯受到限制。因此，可用於形成光二極體的「區域」減少，這不利地降低填充因子，並因此惡化傳統影像感測器裝置的效能。
第3圖繪示根據不同實施例的影像感測器裝置 200的例示性上視圖300。應注意的是，每一個第2A到第2J圖繪示的剖面圖為沿著上視圖300的線A-A擷取。因此，除了在第2J圖中繪示的第一部分226-1和第二部分226-2，閘極堆疊226可進一步包含從第一部分226-1側向延伸的部分226-3，更具體地說，從第一部分226-1傾斜。在一些實施例中，這樣的傾斜部分226-3可設置在前方表面203的上方(第2J圖)，亦即並非延伸進基板202中，這使得光二極體(由第一半導體區212和第二半導體區214形成)設置在傾斜部分226-3的一側301上，以及使得上述的浮動擴散區305(第3圖中的說明實施例)設置在和傾斜部分226-3的一側301相反的另一側303上。如此一來，可省去沿著線A-A的額外距離，這可顯著地增加用於在揭露的影像感測器裝置200的多個畫素上方形成光二極體的各個間距。因此，對比傳統影像感測器裝置來說，可有利地提升揭露的影像感測器裝置200的效能。
在一個實施例中，半導體裝置包含：在一個基板中形成光二極體；至少一個具有至少部分從基板主表面延伸進基板的閘極結構的電晶體，其中光二極體以及至少一個電晶體至少部分形成畫素。
在另一個實施例中，半導體裝置包含：在基板中形成的光二極體；至少一電晶體，具有包含第一部分以及耦接到第一部分的末端的第二部分的閘極結構，第一部分設置在基板的主要表面上方並沿著基板的主要表面延伸，而第二部分從基板的主要表面延伸進基板中，其中光二極體以及 至少一個電晶體至少部分形成畫素。
在又一個實施例中，一種方法包含：形成延伸進基板中的隔離結構；在被隔離結構環繞的基板中形成第一半導體區以及第二半導體區；使隔離結構的部分凹陷，以暴露隔離結構的側壁，且側壁面向第一半導體區及第二半導體區，但和第一半導體區及第二半導體區側向間隔開；以及形成沿著基板的主要表面延伸且填滿隔離結構的凹陷部分的閘極結構。
前述概述之一些實施例可使得所屬技術領域之專業人員更加理解本揭露之多個面向。所屬技術領域之專業人員應了解，可輕易地利用本揭露之製程和結構為各種變動或潤飾來實現及/或達到本說明書所述之實施例之相同目的及/或優點。所屬技術領域之專業人員亦應理解在所為之各種變動或潤飾不應偏離本揭露之精神和範圍下，可為各種變動、替換或變更。

Claims (9)

  1. 一種半導體裝置，包含：一基板；一光二極體，該光二極體形成在該基板中；至少一電晶體，該至少一電晶體具有至少部分從該基板的一主要表面延伸至該基板中的一閘極結構；以及一淺溝槽隔離結構，該淺溝槽隔離結構延伸進該基板中，且環繞該光二極體以及該至少一電晶體，且該淺溝槽隔離結構具有一凹陷部分，其中該閘極結構延伸至在該基板中的該淺溝槽隔離結構的該凹陷部分；其中該光二極體以及該至少一電晶體至少部分構成一畫素。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，其中該光二極體包含：位於該基板中的一第一半導體區，該第一半導體區摻雜一第一摻雜類型；以及位於該第一半導體區上方的一第二半導體區，該第二半導體區摻雜一第二摻雜類型。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，其中該至少一電晶體的該閘極結構包含一閘極氧化層以及一多晶矽層，該閘極氧化層以及該多晶矽層各自包含沿著該基板的該主要表面延伸的一側向部分以及延伸進該基板中的一垂直部分。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，其中該至少一電晶體為該畫素的一轉換閘極電晶體。
  5. 一種半導體裝置，包含：一基板；一光二極體，該光二極體形成在該基板中；至少一電晶體，該至少一電晶體具有包含一第一部分以及耦接到該第一部分的一末端的一第二部分的一閘極結構，該第一部分設置在該基板的一主要表面上方，並沿著該基板的該主要表面延伸，該第二部分從該基板的該主要表面延伸並進入該基板中；以及一淺溝槽隔離結構，該淺溝槽隔離結構延伸進該基板中，且環繞該光二極體以及該至少一電晶體，且該淺溝槽隔離結構具有一凹陷部分，其中該閘極結構的該第二部分延伸並進入在該基板中的該淺溝槽隔離結構的該凹陷部分；其中，該光二極體以及該至少一電晶體至少部分形成一畫素。
  6. 一種半導體裝置的製造方法，包含：形成一隔離結構，該隔離結構延伸進一基板中；形成一第一半導體區以及在被該隔離結構環繞的該基板中的一第二半導體區；使該隔離結構的部分凹陷，以暴露該隔離結構的一側 壁，且該側壁面向該第一半導體區及該第二半導體區，但和該第一半導體區及該第二半導體區側向間隔開；形成一閘極結構，該閘極結構沿著該基板的一主要表面延伸，並填滿該隔離結構的一凹陷區。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該第一半導體區以及該第二半導體區形成一影像感測器裝置的一畫素的一光二極體。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該閘極結構為耦接到該光二極體的該影像感測器裝置的該畫素的一轉換閘極電晶體的一部分。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該閘極結構包含一閘極氧化層以及一多晶矽層，該閘極氧化層以及該多晶矽層各自包含沿著該基板的該主要表面延伸的一側向部分以及延伸進該基板中的一垂直部分。
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