具有拥有梯度轮廓的存储栅极植入物的图像传感器像素的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明大体来说涉及半导体处理。更具体来说，本发明的实例涉及图像传感器像素单元存储栅极的半导体处理。
【背景技术】
[0002]对于高速图像传感器，可使用全局快门来捕获快速移动的物体。全局快门通常使得图像传感器中的所有像素单元能够同时捕获图像。对于较慢移动的物体，使用较普通的滚动快门。滚动快门通常按顺序捕获图像。举例来说，二维(“2D”)像素单元阵列内的每一行可经循序启用，以使得单个行内的每一像素单元同时捕获图像，但每一行是以滚动顺序启用的。如此，每一像素单元行在不同图像获取窗期间捕获图像。对于缓慢移动的物体，每一行之间的时间差产生图像失真。对于快速移动的物体，滚动快门导致沿着物体的移动轴的可感知伸长失真。
[0003]为了实施全局快门，存储电容器或存储晶体管(其在本文中也可称为存储栅极)可用于在其等待从像素单元阵列的读出时暂时存储由阵列中的每一像素单元获取的图像电荷。当使用全局快门时，通常使用转移晶体管将图像电荷从光电二极管转移到存储晶体管，且接着使用输出晶体管将所存储图像电荷从存储晶体管转移到像素单元的读出节点。
[0004]影响具有全局快门的图像传感器像素单元的性能的因素包含快门效率、暗电流、白色像素及图像滞后。设计者在设计像素单元时所面临的一个折衷是，在相邻晶体管(例如，转移晶体管、存储晶体管及输出晶体管)的结构重叠以减小滞后时，电子中的一些电子被陷落于相邻晶体管之间的深植入区中，此导致“缩紧”的沟道，这在转移期间阻止电子中的一些电子流动到输出浮动扩散部。
【发明内容】
[0005]在一个方面中，本发明提供一种像素单元，其包括:存储晶体管，其安置于半导体衬底中，所述存储晶体管包含:存储栅极，其安置于所述半导体衬底上方；及存储栅极植入物，其经退火且在所述半导体衬底中于所述存储晶体管栅极下方具有梯度轮廓，用以存储由安置于所述半导体衬底中的光电二极管积累的图像电荷；转移晶体管，其安置于所述半导体衬底中且耦合于所述光电二极管与所述存储晶体管的输入之间，用以选择性地将所述图像电荷从所述光电二极管转移到所述存储晶体管，所述转移晶体管包含安置于所述半导体衬底上方的转移栅极；以及输出晶体管，其安置于所述半导体衬底中且耦合到所述存储晶体管的输出，用以选择性地将所述图像电荷从所述存储晶体管转移到读出节点，所述输出晶体管包含安置于所述半导体衬底上方的输出栅极。
[0006]在另一方面中，本发明提供一种成像系统，其包括:像素单元的像素阵列，其中所述像素单元中的每一者包含:存储晶体管，其安置于半导体衬底中，所述存储晶体管包含:存储栅极，其安置于所述半导体衬底上方；及存储栅极植入物，其经退火且在所述半导体衬底中于所述存储晶体管栅极下方具有梯度轮廓，用以存储由安置于所述半导体衬底中的光电二极管积累的图像电荷；转移晶体管，其安置于所述半导体衬底中且耦合于所述光电二极管与所述存储晶体管的输入之间，用以选择性地将所述图像电荷从所述光电二极管转移到所述存储晶体管，所述转移晶体管包含安置于所述半导体衬底上方的转移栅极；及输出晶体管，其安置于所述半导体衬底中且耦合到所述存储晶体管的输出，用以选择性地将所述图像电荷从所述存储晶体管转移到读出节点，所述输出晶体管包含安置于所述半导体衬底上方的输出栅极；控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；以及读出电路，其耦合到所述像素阵列以从多个像素读出图像数据。
【附图说明】
[0007]参考以下各图描述本发明的非限制性及非详尽实施例，其中在所有各视图中相似参考编号指代相似部件，除非另有规定。
[0008]图1是图解说明根据本发明的教示具有拥有梯度轮廓的存储栅极植入物的像素单元的一个实例的示意图。
[0009]图2是图解说明根据本发明的教示具有拥有梯度轮廓的存储栅极植入物的像素单元的一个实例的横截面图。
[0010]图3A是图解说明根据本发明的教示具有有效梯度轮廓的像素单元存储栅极植入物的一个实例的俯视图。
[0011]图3B是图解说明根据本发明的教示具有有效梯度轮廓的像素单元存储栅极植入物的另一实例的俯视图。
[0012]图3C是图解说明根据本发明的教示具有有效梯度轮廓的像素单元存储栅极植入物的又一实例的俯视图。
[0013]图4是图解说明根据本发明的教示具有包含像素单元的像素阵列的成像系统的一个实例的图式，所述像素单元具有拥有梯度轮廓的存储栅极植入物。
[0014]在图式的所有数个视图中，对应参考字符指示对应组件。所属领域的技术人员将了解，图中的元件是为简单及清晰起见而图解说明的，且未必按比例绘制。举例来说，为了有助于改进对本发明的各种实施例的理解，图中的元件中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件放大。此外，通常未描绘在商业上可行的实施例中有用或必需的常见而众所周知的元件以便促进对本发明的这各种实施例的较不受阻挡的观察。
【具体实施方式】
[0015]如将展示，本发明揭示针对于具有拥有梯度轮廓的存储栅极植入物的图像传感器像素的方法及设备。在以下描述中，陈述众多特定细节以便提供对本发明的透彻理解。在以下描述中，陈述众多特定细节以便提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，本文中所描述的技术可在不具有所述特定细节中的一或多者的情况下实践或者可借助其它方法、组件、材料等来实践。在其它实例中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免使某些方面模糊。
[0016]在本说明书通篇中对“一个实施例”、“一实施例”、“一个实例”或“一实例”的提及意指结合所述实施例或实例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例或实例中。因此，在本说明书通篇的各个位置中例如“在一个实施例中”或“在一个实例中”的短语出现未必全部指代同一实施例或实例。此外，在一或多个实施例或实例中，可以任何适合方式组合特定特征、结构或特性。以下是通过参考附图对在本发明的实例的描述中使用的术语及元件的详细描述。
[0017]在典型的图像传感器像素单元中，陷落于具有重叠的深植入区的像素单元中的电子的大多数由于深存储晶体管植入物而被陷落于转移晶体管与存储晶体管结构之间。转移晶体管与存储晶体管之间的重叠的减小可有助于减小被陷落的电子的数目，但代价是光电二极管到存储栅极滞后增加。减小存储栅极植入物能量也可有助于减小存储栅极滞后，但暗电流及/或白色像素的危险因此而增加。减小存储栅极剂量可有助于减小存储栅极滞后，但代价是全阱容量减小。
[0018]如将展示，根据本发明的教示具有包含具有拥有梯度轮廓的存储栅极植入物的像素单元的像素阵列的成像系统实现具有减小的光电二极管及存储栅极转移滞后的全局快门的图像传感器像素单元阵列。此外，如将论述，借助根据本发明的教示具有拥有梯度轮廓的存储栅极植入物的像素单元，也减小电子被陷落于像素单元的转移栅极侧上的危险。
[0019]为了图解说明，图1是图解说明根据本发明的教示具有拥有梯度轮廓的存储栅极植入物145的像素单元100的一个实例的示意图。举例来说，在所描绘的实例中，像素单元100包含全局快门晶体管110、光电二极管120、转移晶体管130、存储晶体管140、输出晶体管150、浮动扩散部170、复位晶体管160、放大器晶体管180及耦合到列位线的行选择晶体管190，如所展示。如所述实例中所图解说明，根据本发明的教示，在存储晶体管140的栅极下方的存储栅极植入物145具有梯度掺杂轮廓。特定来说，在一个实例中，根据本发明的教示，存储栅极植入物145的转移栅极侧处的有效掺杂水平小于存储栅极植入物145的输出栅极侧处的有效掺杂水平。在如所展示的存储栅极植入物145的梯