TWI691098B - 影像感測器及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種影像感測器，包括一半導體基底、一光電二極體、一浮置擴散區節點以及一轉移電晶體。光電二極體形成於半導體基底中。浮置擴散區節點形成於半導體基底中並與光電二極體相隔一距離。轉移電晶體形成於光電二極體與浮置擴散區節點之間，其中轉移電晶體包括形成於半導體基底內的一通道區，且通道區具有沿通道長度變化的靜電勢。
Description
本發明是有關於一種影像感測技術，且特別是有關於一種影像感測器及其製造方法。
隨著數位相機、電子掃描機等產品不斷地開發與成長，市場上對影像感測元件的需求持續增加。目前常用的影像感測元件包含有電荷耦合感測元件（charge coupled device，CCD）以及互補式金氧半導體（complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS）影像感測元件（又稱CMOS image sensor，CIS）兩大類，其中CMOS影像感測元件因具有低操作電壓、低功率消耗與高操作效率、可根據需要而進行隨機存取等優點，同時具有可整合於目前的半導體技術以大量製造之優勢，因此應用範圍非常廣泛。
目前的CMOS影像感測元件一般包括光電二極體（photo diode，PD）、浮置擴散區節點（floating diffusion node，FD）及轉移電晶體（transfer transistor，TG）等元件，用於收集光能並將其轉換成可讀電訊號。然而，在照射強光的情況下，訊號載子會從原先僅存在於浮置擴散區節點（FD）處溢流至轉移電晶體（TG）處，而容易產生載子回溢（carrier spillback）的現象，進而導致讀出的雜訊增加以及影響影像品質，而降低互補式金氧半導體影像感測器元件的效能。
本發明提供一種影像感測器，能藉此防止載子回溢的現象而提升影像品質。
本發明另提供一種影像感測器的製造方法，能製作出有效避免載子回溢的影像感測器，而提升影像品質。
本發明的影像感測器包括一半導體基底、一光電二極體、一浮置擴散區節點以及一轉移電晶體。光電二極體形成於半導體基底中。浮置擴散區節點形成於半導體基底中並與光電二極體相隔一距離。轉移電晶體形成於光電二極體與浮置擴散區節點之間，其中轉移電晶體包括形成於半導體基底內的一通道區，且通道區具有沿通道長度變化的靜電勢（electrostatic potential）。
在本發明的一實施例中，上述的光電二極體包括：位於半導體基底的表面一第一型釘紮層（pinning layer），以及位於第一型釘紮層的下方的第二型擴散區。
在本發明的一實施例中，上述第一型釘紮層例如為p型釘紮層，上述第二型擴散區例如為n型擴散區；反之亦然。
在本發明的一實施例中，上述的通道區為第一型摻雜通道區，所述第一型摻雜通道區與第一型釘紮層為相同導電態，且第一型摻雜通道區與光電二極體的第二型擴散區接觸，第一型摻雜通道區不與光電二極體的第一型釘紮層接觸。
在本發明的一實施例中，其中在第一型摻雜通道區中，自接近光電二極體處至接近浮置擴散區節點處的摻雜濃度是以上述距離為變數而變化；垂直半導體基底的表面的摻雜濃度是以第一型摻雜通道區的深度為變數而變化，且靜電勢由光電二極體往浮置擴散區節點的方向上逐漸增加。
在本發明的一實施例中，上述的第一型摻雜通道區是延伸於浮置擴散區節點與光電二極體之間的整個距離內的半導體基底內。
在本發明的一實施例中，上述的第一型摻雜通道區可自接近光電二極體處延伸於至少一部份的半導體基底內。
在本發明的一實施例中，上述的通道區為一第二型摻雜通道區，且所述第二型摻雜通道區與第一型釘紮層為不同導電態。
在本發明的一實施例中，其中在第二型摻雜通道區中，自接近浮置擴散區節點處至接近光電二極體處的摻雜濃度是以上述距離為變數而變化；垂直半導體基底的表面的摻雜濃度是以第二型摻雜通道區的深度為變數而變化，且靜電勢由浮置擴散區節點往光電二極體的方向上逐漸減低。
在本發明的一實施例中，上述的第二型摻雜通道區延伸於浮置擴散區節點與光電二極體之間的整個距離內的半導體基底內。
在本發明的一實施例中，上述的第二型摻雜通道區包括一濃度變化區與一濃度相同區，濃度相同區與浮置擴散區節點相接並延伸於部分所述距離內的半導體基底內，濃度變化區則自接近濃度相同區至接近光電二極體處的摻雜濃度是以上述距離為變數而變化。
本發明的影像感測器的製造方法，包括提供一半導體基底，再於半導體基底上形成一轉移電晶體，於轉移電晶體的一側的半導體基底中形成一光電二極體，並於轉移電晶體的另一側的半導體基底中形成一浮置擴散區節點。其中，形成轉移電晶體的步驟還可包括於半導體基底內形成一通道區，且通道區具有沿通道長度變化的靜電勢。
在本發明的一實施例中，其中形成上述通道區的方法包括：利用灰階光罩進行微影製程，以於半導體基底上形成一灰階罩幕，再進行一離子植入製程。
在本發明的一實施例中，上述的通道區為第一型摻雜通道區，則第一型摻雜通道區自接近光電二極體處至接近浮置擴散區節點處的摻雜濃度是以距離為變數而變化；垂直半導體基底的表面的摻雜濃度是以第一型摻雜通道區的深度為變數而變化。
在本發明的一實施例中，上述第一型摻雜通道區與所述光電二極體的釘紮層為相同導電態。
在本發明的一實施例中，上述的通道區為第二型摻雜通道區，則第二型摻雜通道區自接近浮置擴散區節點處至接近光電二極體處的摻雜濃度是以距離為變數而變化；垂直半導體基底的表面的摻雜濃度是以第二型摻雜通道區的深度為變數而變化。
在本發明的一實施例中，上述第二型摻雜通道區與所述光電二極體的釘紮層為不同導電態。
在本發明的一實施例中，其中形成轉移電晶體的步驟包括形成一閘極絕緣層，然後於閘極絕緣層上形成一閘極，再於閘極的側壁形成間隙壁。
在本發明的一實施例中，其中在形成所述通道區之後形成閘極絕緣層。
在本發明的一實施例中，其中在形成所述通道區之前形成閘極絕緣層。
在本發明的一實施例中，其中在形成所述光電二極體之前形成閘極。
在本發明的一實施例中，其中在形成所述光電二極體之後形成閘極。
基於上述，本發明藉由控制通道區的摻雜濃度，可使通道區具有沿通道長度變化的靜電勢。據此，當轉移電晶體為關閉的狀態時，能夠確保載子完全儲存於光電二極體中；當轉移電晶體為開啟的狀態時，能夠確保載子完全儲存於浮置擴散區節點中，而可有效防止當轉移電晶體再次關閉時所造成的載子回溢的現象產生，進而避免由載子回溢所導致讀出的雜訊增加以及影響影像品質等問題，以提升影像感測器的效能。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
下文列舉一些實施例並配合所附圖式來進行詳細地說明，但所提供的實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍。此外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為了方便理解，下述說明中相同的元件將以相同之符號標示來說明。另外，關於文中所使用「包含」、「包括」、「具有」等等用語，均為開放性的用語；也就是指包含但不限於。而且，文中所提到的方向性用語，例如：「上」、「下」等，僅是用以參考圖式的方向。因此，使用的方向性用語是用來說明，而並非用來限制本發明。為方便理解，圖式中的網點密度是用來表示通道區的摻雜濃度，舉例來說，高網點密度代表較高的摻雜濃度，低網點密度代表較低的摻雜濃度。
圖1A是依照本發明的第一實施例的一種影像感測器的剖面示意圖。圖1B是圖1A的影像感測器的靜電勢圖。
請參照圖1A，本實施例的影像感測器100包括一半導體基底110、一光電二極體112、一浮置擴散區節點114以及一轉移電晶體116。光電二極體112形成於半導體基底110中，且通常由隔離結構117（如STI）定義出影像感測器100的主動區。浮置擴散區節點114形成於半導體基底110中並與光電二極體112相隔一距離D1。轉移電晶體116形成於光電二極體112與浮置擴散區節點114之間，其中轉移電晶體116包括形成於半導體基底110內的一通道區118。所述轉移電晶體116一般還包括閘極絕緣層120、閘極122及間隙壁124等，然而可依據元件設計需求進行調整，於本發明並不加以限制。在本實施例中，影像感測器100是以CMOS影像感測器為例，但本發明並不限於此，只要在光電二極體112旁耦接有轉移電晶體116的影像感測器均可採用本發明的設計，以避免載子回溢（carrier spillback）的現象發生。
在本實施例中，光電二極體112例如包括一第一型釘紮層126以及一第二型擴散區128，第一型釘紮層126位於半導體基底110的表面110a，第二型擴散區128則位於第一型釘紮層126的下方。舉例來說，第二型擴散區128例如包覆第一型釘紮層126，且第二型擴散區128不與隔離結構117接觸。另外，在垂直半導體基底110的表面110a的方向上，第二型擴散區128與轉移電晶體116部份重疊，但本發明不限於此。在一實施例中，第一型釘紮層126例如p型釘紮層，第二型擴散區128例如n型擴散區，則光電二極體112為n型光電二極體。在另一實施例中，第一型釘紮層126例如n型釘紮層，第二型擴散區128例如p型擴散區，則光電二極體112為p型光電二極體，可依據製程設計需求而調整第一型釘紮層與第二型擴散區的導電態。
在本實施例中，通道區118例如第一型摻雜通道區130，所述第一型摻雜通道區130與第一型釘紮層126為相同導電態，且第一型摻雜通道區130與光電二極體112的第二型擴散區128接觸，亦即第一型摻雜通道區130不與光電二極體112的第一型釘紮層126接觸。在本實施例中，第一型摻雜通道區130例如為第一型漸變式摻雜區，然而本發明不以此為限。
並且，第一型摻雜通道區130係延伸於整個距離D1內的半導體基底110內。另一方面，在第一型摻雜通道區130中，自接近光電二極體112處至接近浮置擴散區節點114處的摻雜濃度是以距離D1為變數而變化；垂直半導體基底110的表面110a的摻雜濃度是以第一型摻雜通道區130的深度D2為變數而變化，其中上述以距離D1為變數的變化以及以第一型摻雜通道區130的深度D2為變數的變化例如是高斯分布，然而本發明不以此為限。
請繼續參照圖1A及圖1B，在本實施例中，由於在第一型摻雜通道區130具有以距離D1為變數及/或以第一型摻雜通道區130的深度D2為變數而變化的摻雜濃度，因此通道區118具有沿通道長度L變化的靜電勢。舉例來說，若第一型摻雜通道區130自接近光電二極體112處至接近浮置擴散區節點114處的摻雜濃度是沿距離D1由高至低，且垂直半導體基底110的表面110a的摻雜濃度是沿第一型摻雜通道區130的深度D2由高至低；換句話說，在接近表面110a、第二型擴散區128與第一型摻雜通道區130三者的交界處具有最高的摻雜濃度，且愈往浮置擴散區節點114接近的摻雜濃度愈低、摻雜範圍愈淺，所以第一型摻雜通道區130沿通道長度L變化的靜電勢如圖1B所示，呈現自光電二極體（PD）漸升的分布，即第一型摻雜通道區130的靜電勢自接近光電二極體112處至接近浮置擴散區節點114處沿通道長度L逐漸增加。藉此，如圖1B由上至下所示，當轉移電晶體（TG）為關閉（off）的狀態時，能夠確保載子完全儲存於光電二極體（PD）中；當轉移電晶體（TG）為開啟（on）的狀態時，能夠確保載子完全儲存於浮置擴散區節點（FD）中；當轉移電晶體（TG）再次為關閉（off）的狀態時，可有效防止載子回溢的現象產生，進而避免由載子回溢所導致讀出的雜訊增加以及影響影像品質等問題，以提升影像感測器的效能。相較下，若是無此第一型摻雜通道區130，則轉移電晶體（TG）從開啟（on）狀態變化為關閉（off）狀態的過程中，訊號載子容易從轉移電晶體（TG）的通道處溢流至光電二極體（PD）導致載子回溢。
除第一實施例的CMOS影像感測器之外，本發明也可應用於其他類型的影像感測器。以全域快門（global shutter，GS）影像感測器為例的第二實施例，如圖1C所示，其中使用與圖1A相同或相似標號來表示相同或相似構件，其尺寸、濃度變化及功效於第一實施例已進行詳盡地描述，故不再重複贅述。
請參照圖1C，第二實施例的影像感測器100’是全域快門（GS）影像感測器，因此影像感測器100’還包括另一轉移電晶體132及另一浮置擴散區節點134。轉移電晶體132與轉移電晶體116同樣形成於半導體基底110上並具有相近的元件，且位於轉移電晶體116與轉移電晶體132之間的浮置擴散區節點114在第二實施例中是作為記憶節點（memory node，MN）。當多個影像感測器100’針對每一行影像同時曝光並同時結束曝光，轉移電晶體116將會傳送光電二極體112累積之載子至記憶節點，所以影像感測器100’可抑制影像變形，然後另一轉移電晶體132係用以逐行或選擇性地將載子從記憶節點傳送至浮置擴散區節點134。轉移電晶體132下方的第一型摻雜通道區136之靜電勢與轉移電晶體116下方的第一型摻雜通道區130一樣，都採用本發明的漸變式結構，以改善訊號傳送過程的回流現象。
圖2A是依照本發明的第三實施例的一種影像感測器的剖面示意圖。圖2B是圖2A的影像感測器的靜電勢圖。
請參照圖2A，影像感測器200與影像感測器100的差別在於：影像感測器200的第一型摻雜通道區230自接近光電二極體112處延伸於至少一部份的半導體基底110內。也就是說，第一型摻雜通道區230不需要延伸於整個距離D1內也有避免載子回溢的效果。在其他實施例中，第一型摻雜通道區230也可以應用於如圖1C所示的影像感測器中，然而本發明不以此為限。
舉例來說，請參照圖2B，若影像感測器200的第一型摻雜通道區230延伸於部分半導體基底110內，則第一型摻雜通道區230的靜電勢呈現自接近光電二極體112處漸升的趨勢，並於接近浮置擴散區節點114的部分保持定值。換句話說，第一型摻雜通道區230的靜電勢自接近光電二極體112處為最低值，並逐漸增加再維持一定值直至接近浮置擴散區節點114處。藉此，如圖2B從上至下所示，當轉移電晶體（TG）為關閉（off）的狀態時，能夠確保載子完全儲存於光電二極體（PD）中；當轉移電晶體（TG）為開啟（on）的狀態時，能夠確保載子完全儲存於浮置擴散區節點（FD）中，而可有效防止當轉移電晶體（TG）再次為關閉（off）的狀態時所造成的載子回溢的現象產生，進而避免由載子回溢所導致讀出的雜訊增加以及影響影像品質等問題，以提升影像感測器的效能。
圖3A是依照本發明的第四實施例的一種影像感測器的剖面示意圖。圖3B是圖3A的影像感測器的靜電勢圖。
請參照圖3A，影像感測器300與影像感測器100的差別在於：影像感測器300的通道區118為一第二型摻雜通道區330，且所述第二型摻雜通道區330與第一型釘紮層126為不同導電態。在本實施例中，第二型摻雜通道區330例如為第二型漸變式摻雜區，然而本發明不以此為限。並且，第二型摻雜通道區330延伸於整個距離D3內的半導體基底110內。另一方面，在第二型摻雜通道區330中，自接近浮置擴散區節點114處至接近光電二極體112處的摻雜濃度是以距離D3為變數而變化；垂直半導體基底110的表面110a的摻雜濃度是以第二型摻雜通道區330的深度D4為變數而變化，其中以距離D3為變數的變化和以第二型摻雜通道區330的深度D4為變數的變化例如是高斯分布，然而本發明不以此為限。在其他實施例中，第二型摻雜通道區330也可以應用於如圖1C所示的影像感測器中，然而本發明不以此為限。
請參照圖3B，在本實施例中，由於在第二型摻雜通道區330具有以距離D3為變數及/或以第二型摻雜通道區330的深度D4為變數而變化的摻雜濃度，因此第二型摻雜通道區330沿通道長度L的靜電勢具有高低變化。舉例來說，在接近表面110a、浮置擴散區節點114與轉移電晶體116三者的交界處具有最高的摻雜濃度，且愈往光電二極體112接近的摻雜濃度愈低、摻雜範圍愈淺，所以第二型摻雜通道區330沿通道長度L變化的靜電勢如圖3B所示，呈現自光電二極體（PD）漸升的分布，即第二型摻雜通道區330的靜電勢自接近浮置擴散區節點114處至接近光電二極體112處沿通道長度L逐漸減低。藉此，如圖3B由上至下所示，當轉移電晶體（TG）為關閉（off）的狀態時，能夠確保載子完全儲存於光電二極體（PD）中；當轉移電晶體（TG）為開啟（on）的狀態時，能夠確保載子完全儲存於浮置擴散區節點（FD）中；當轉移電晶體（TG）再次為關閉（off）的狀態時，可有效防止載子回溢的現象產生，進而避免由載子回溢所導致讀出的雜訊增加以及影響影像品質等問題，以提升影像感測器的效能。
圖4A是依照本發明的第五實施例的一種影像感測器的剖面示意圖。圖4B是圖4A的影像感測器的靜電勢圖。
請參照圖4A，影像感測器400與影像感測器300的差別在於：影像感測器400的第二型摻雜通道區430包括一濃度變化區432與一濃度相同區434，濃度相同區434與浮置擴散區節點114相接並延伸於部分距離D3內的半導體基底110內，濃度變化區432則自接近濃度相同區434至接近光電二極體112處的摻雜濃度是以距離D3為變數而變化，其中以距離D3為變數的變化例如是高斯分布。在其他實施例中，第二型摻雜通道區430也可以應用於如圖1C所示的影像感測器中，然而本發明不以此為限。
請參照圖4B，舉例來說，濃度相同區434若從浮置擴散區節點114處延伸至距離D3的一半，則濃度變化區432的靜電勢呈現自接近光電二極體112處漸減的趨勢，而濃度相同區434的靜電勢是從距離D3的一半至浮置擴散區節點114保持定值。換句話說，第二型摻雜通道區430的靜電勢自接近光電二極體112處為最低值，並逐漸增加至距離D3的一半之後，維持一定值直至接近浮置擴散區節點114處。藉此，當轉移電晶體（TG）為關閉（off）的狀態時，能夠確保載子完全儲存於光電二極體（PD）中；當轉移電晶體（TG）為開啟（on）的狀態時，能夠確保載子完全儲存於浮置擴散區節點（FD）中，而可有效防止當轉移電晶體（TG）再次為關閉（off）的狀態時造成的載子回溢的現象產生，進而避免由載子回溢所導致讀出的雜訊增加以及影響影像品質等問題，以提升影像感測器的效能。
以下，將分別說明依照本發明的第六實施例與第七實施例的一種影像感測器的製造流程。
圖5A至圖5C是依照本發明的第六實施例的一種影像感測器的製造流程剖面示意圖，其中沿用第一實施例的元件符號與部分內容，其中採用相同的元件符號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，本實施例不再重複贅述。
請先參照圖5A，提供一半導體基底110。半導體基底110可為矽基底或其它半導體基底。半導體基底110可植入P型摻質或N型摻質而形成P型基底或N型基底。在本實施例中，半導體基底110以P型基底為例來進行以下說明。
接著，為了於半導體基底110上形成如第一實施例的轉移電晶體（如圖1A的轉移電晶體116），可先於半導體基底110內形成一通道區118，且通道區118具有沿通道長度變化的靜電勢。在本實施例中，形成通道區118的方法例如利用灰階光罩（未繪示）進行微影製程，以於半導體基底上形成一灰階罩幕500，再進行一離子植入製程502。舉例來說，若通道區118例如為第一型摻雜通道區130，則離子植入製程502例如進行第一型摻質的離子植入。換句話說，若第一型摻雜通道區130例如為p型摻雜通道區，則離子植入製程502例如進行p型摻質的離子植入，其方法尚包括電漿摻雜（plasma doping，PLAD）。然而，可依據製程設計的需求，採用其他適合的方法來形成設計所需的通道區118，本發明不以此為限。在本實施例中，第一型摻雜通道區130與後續形成之光電二極體的釘紮層為相同導電態。之後，移除灰階罩幕500。
請參照圖5B，進行形成轉移電晶體116的步驟，如先形成一閘極絕緣層120，再於閘極絕緣層120上形成一閘極122，再於閘極122的側壁122a形成間隙壁124。在本實施例中，可以在形成通道區118之後形成閘極絕緣層120。在其他實施例中，也可以在形成通道區118之前形成閘極絕緣層120。以確保閘極絕緣層120的品質來看，較佳是在形成閘極絕緣層120之前形成通道區118。在一實施例中，閘極絕緣層120的材料例如是氧化矽。閘極絕緣層120的形成方法例如是熱氧化法或化學氣相沉積法。閘極122的材料例如是摻雜多晶矽。閘極122的形成方法例如是化學氣相沉積法。在其他實施例中，更可選擇性地於閘極122上形成金屬矽化物層。間隙壁124的材料例如是氮化矽。間隙壁124的形成方法例如是先在半導體基底110上形成覆蓋閘極122與閘極絕緣層120的間隙壁材料層（未繪示），再以乾式蝕刻法對間隙壁材料層進行回蝕刻製程而形成。
請參照圖5C，於轉移電晶體116的一側的半導體基底110中形成一光電二極體112。形成光電二極體112的方法例如先形成第二型擴散區128，再形成第一型釘紮層126，使第二型擴散區128位於第一型釘紮層126的下方。在本實施例中，閘極122是在形成光電二極體112之前形成的。在其他實施例中，也可以先形成光電二極體112之後再形成閘極122。以光電二極體112的自我對準而言，較佳是在閘極122形成後再形成光電二極體112。
之後，於轉移電晶體116的另一側的半導體基底110中形成一浮置擴散區節點114。浮置擴散區節點114的形成方法例如是離子植入法。在本實施例中，浮置擴散區節點114例如是N型摻雜區，但本發明並不以此為限。
至此，已大致上完成影像感測器100的製作。藉由上述製程，可控制影像感測器100的第一型摻雜通道區130自接近光電二極體112處至接近浮置擴散區節點114處的摻雜濃度是以距離D1為變數而變化、垂直半導體基底110的表面110a的摻雜濃度是以第一型摻雜通道區130的深度D2為變數而變化，且靜電勢由光電二極體112往浮置擴散區節點114的方向上逐漸增加，而可有效防止當轉移電晶體再次為關閉的狀態時造成的載子回溢的現象產生，進而避免由載子回溢所導致讀出的雜訊增加以及影響影像品質等問題，以提升影像感測器100的效能。在其他實施例中，亦可以藉由上述製程製作如圖2A所示的影像感測器200。舉例來說，例如使用不同的灰階罩幕即可以製造出如圖2A所示的自接近光電二極體112處延伸於至少一部份的半導體基底110內的第一型摻雜通道區230，但本發明並不以此為限。
圖6A至圖6B是依照本發明的第七實施例的一種影像感測器的製造流程剖面示意圖。
請參照圖6A，可以利用如圖5A所示的製程，利用灰階罩幕600以及進行一離子植入製程602，以形成具有沿通道長度變化的靜電勢的通道區。舉例來說，若通道區例如第五實施例的第二型摻雜通道區430，則灰階罩幕600例如呈現出與如圖5A所示的灰階罩幕500相反且暴露出部份的半導體基底110的輪廓（如圖6A所示）。在本實施例中，第二型摻雜通道區430與後續形成之光電二極體的釘紮層為不同導電態，所以當釘紮層為p型時，離子植入製程602例如進行n型摻質的離子植入；反之亦然。此外，可依據製程設計的需求，採用其他適合的方法來形成設計所需的通道區118，本發明不以此為限。
然後，請參照圖6B，可以利用如圖5B至圖5C所示的製程，以完成影像感測器400的製作。藉由上述製程，可控制影像感測器400的第二型摻雜通道區430自接近浮置擴散區節點114處至接近光電二極體112處的摻雜濃度是以距離D3為變數而變化、垂直半導體基底110的表面110a的摻雜濃度是以第二型摻雜通道區430的深度D4為變數而變化，且靜電勢由浮置擴散區節點114往光電二極體112的方向上逐漸減低，而可有效防止當轉移電晶體再次為關閉的狀態時造成的載子回溢的現象產生，進而避免由載子回溢所導致讀出的雜訊增加以及影響影像品質等問題，以提升影像感測器的效能。
綜上所述，本發明藉由控制通道區的摻雜濃度，可使通道區具有沿通道長度變化的靜電勢。據此，當轉移電晶體為關閉的狀態時，能夠確保載子完全儲存於光電二極體中；當轉移電晶體為開啟的狀態時，能夠確保載子完全儲存於浮置擴散區節點中，而可有效防止當轉移電晶體再次為關閉的狀態時造成的載子回溢的現象產生，進而避免由載子回溢所導致讀出的雜訊增加以及影響影像品質等問題，以提升影像感測器的效能。
雖然本發明已以實施例揭露如上，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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、100’、200、300、400:影像感測器
110:半導體基底
112:光電二極體
110a:表面
114、134:浮置擴散區節點
116、132:轉移電晶體
117:隔離結構
118:通道區
120:閘極絕緣層
122:閘極
122a:側壁
124:間隙壁
126:第一型釘紮層
128:第二型擴散區
130、136、230:第一型摻雜通道區
330、430:第二型摻雜通道區
432:濃度變化區
434:濃度相同區
500、600:灰階罩幕
502、602:離子植入製程
D1、D3:距離
D2、D4:深度
L:通道長度
圖1A是依照本發明的第一實施例的一種影像感測器的剖面示意圖。 圖1B是第一實施例的影像感測器的靜電勢圖。 圖1C是依照本發明的第二實施例的一種影像感測器的剖面示意圖。 圖2A是依照本發明的第三實施例的一種影像感測器的剖面示意圖。 圖2B是第三實施例的影像感測器的靜電勢圖。 圖3A是依照本發明的第四實施例的一種影像感測器的剖面示意圖。 圖3B是第四實施例的影像感測器的靜電勢圖。 圖4A是依照本發明的第五實施例的一種影像感測器的剖面示意圖。 圖4B是第五實施例的影像感測器的靜電勢圖。 圖5A至圖5C是依照本發明的第六實施例的一種影像感測器的製造流程剖面示意圖。 圖6A至圖6B是依照本發明的第七實施例的一種影像感測器的製造流程剖面示意圖。
100:影像感測器
110:半導體基底
112:光電二極體
110a:表面
114:浮置擴散區節點
116:轉移電晶體
117:隔離結構
118:通道區
120:閘極絕緣層
122:閘極
124:間隙壁
126:第一型釘紮層
128:第二型擴散區
130:第一型摻雜通道區
D1:距離
D2:深度
L:通道長度
Claims (17)
- 一種影像感測器，包括：一半導體基底；一光電二極體，形成於所述半導體基底中，所述光電二極體包括：一第一型釘紮層(pinning layer)，位於所述半導體基底的表面；以及一第二型擴散區，位於所述第一型釘紮層的下方；一浮置擴散區節點，形成於所述半導體基底中並與所述光電二極體相隔一距離；以及一轉移電晶體，形成於所述光電二極體與所述浮置擴散區節點之間，其中所述轉移電晶體包括形成於所述半導體基底內的一通道區，且所述通道區具有沿通道長度變化的靜電勢(electrostatic potential)，其中所述通道區為一第二型摻雜通道區，且所述第二型摻雜通道區與所述第一型釘紮層為不同導電態，在所述第二型摻雜通道區中，自接近所述浮置擴散區節點處至接近所述光電二極體處的摻雜濃度是以所述距離為變數而變化；垂直所述半導體基底的所述表面的所述摻雜濃度是以所述第二型摻雜通道區的深度為變數而變化，且所述靜電勢由所述浮置擴散區節點往所述光電二極體的方向上逐漸減低。
- 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述第一型釘紮層為p型釘紮層，所述第二型擴散區為n型擴散區；反之亦然。
- 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述通道區為第一型摻雜通道區，所述第一型摻雜通道區與所述第一型釘紮層為相同導電態，且所述第一型摻雜通道區與所述光電二極體的所述第二型擴散區接觸，所述第一型摻雜通道區不與所述光電二極體的所述第一型釘紮層接觸。
- 如申請專利範圍第3項所述的影像感測器，其中在所述第一型摻雜通道區中，自接近所述光電二極體處至接近所述浮置擴散區節點處的摻雜濃度是以所述距離為變數而變化；垂直所述半導體基底的所述表面的所述摻雜濃度是以所述第一型摻雜通道區的深度為變數而變化，且所述靜電勢由所述光電二極體往所述浮置擴散區節點的方向上逐漸增加。
- 如申請專利範圍第4項所述的影像感測器，其中所述第一型摻雜通道區延伸於整個所述距離內的所述半導體基底內。
- 如申請專利範圍第4項所述的影像感測器，其中所述第一型摻雜通道區自接近所述光電二極體處延伸於至少一部份的所述半導體基底內。
- 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述第二型摻雜通道區延伸於整個所述距離內的所述半導體基底內。
- 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述第二型摻雜通道區包括一濃度變化區與一濃度相同區，所述濃度相同區與所述浮置擴散區節點相接並延伸於部分所述距離內的所述半導體基底內，所述濃度變化區則自接近所述濃度相同區至接近所述光電二極體處的摻雜濃度是以所述距離為變數而變化。
- 一種影像感測器的製造方法，包括：提供一半導體基底；於所述半導體基底上形成一轉移電晶體，其中形成所述轉移電晶體的步驟更包括於所述半導體基底內形成一通道區，且所述通道區具有沿通道長度變化的靜電勢(electrostatic potential)，形成所述通道區的方法包括：利用灰階光罩進行微影製程，以於所述半導體基底上形成一灰階罩幕；以及進行一離子植入製程；於所述轉移電晶體的一側的所述半導體基底中形成一光電二極體；以及於所述轉移電晶體的另一側的所述半導體基底中形成一浮置擴散區節點，其中所述通道區為第二型摻雜通道區，則所述第二型摻雜通道區自接近所述浮置擴散區節點處至接近所述光電二極體處的摻雜濃度是以距離為變數而變化；垂直所述半導體基底的表面的所述摻雜濃度是以所述第二型摻雜通道區的深度為變數而變化。
- 如申請專利範圍第9項所述的影像感測器的製造方法，其中所述通道區為第一型摻雜通道區，則所述第一型摻雜通道區自接近所述光電二極體處至接近所述浮置擴散區節點處的摻雜濃度是以距離為變數而變化；垂直所述半導體基底的表面的所述摻雜濃度是以所述第一型摻雜通道區的深度為變數而變化。
- 如申請專利範圍第10項所述的影像感測器的製造方法，其中所述第一型摻雜通道區與所述光電二極體的釘紮層為相同導電態。
- 如申請專利範圍第9項所述的影像感測器的製造方法，其中所述第二型摻雜通道區與所述光電二極體的釘紮層為不同導電態。
- 如申請專利範圍第9項所述的影像感測器的製造方法，其中形成所述轉移電晶體的步驟包括：形成一閘極絕緣層；於所述閘極絕緣層上形成一閘極；以及於所述閘極的側壁形成間隙壁。
- 如申請專利範圍第13項所述的影像感測器的製造方法，其中在形成所述通道區之後形成所述閘極絕緣層。
- 如申請專利範圍第13項所述的影像感測器的製造方法，其中在形成所述通道區之前形成所述閘極絕緣層。
- 如申請專利範圍第13項所述的影像感測器的製造方法，其中在形成所述光電二極體之前形成所述閘極。
- 如申請專利範圍第13項所述的影像感測器的製造方法，其中在形成所述光電二極體之後形成所述閘極。
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