[发明专利]像素单元、包含其的成像系统及其制作方法

说明书

本发明涉及像素单元、包含其的成像系统及其制作方法。一种像素单元包含跨越源极跟随器栅极的表面而形成的导电隧道触点，所述隧道触点具有第一端、第二端及介于所述第一端与所述第二端之间的中间部分。所述第一端耦合到浮动扩散部FD，所述第二端耦合到复位晶体管RST的第一经掺杂区域。所述隧道触点形成为与所述源极跟随器栅极的所述表面进行物理及电接触达所述中间部分的长度，所述长度大体上等于所述源极跟随器栅极的宽度。本发明还描述形成所述像素单元的方法。

技术领域

本发明一般来说涉及图像传感器，且特定来说但非排他地，涉及图像传感器中的互连结构。

背景技术

CMOS图像传感器(CIS)已变得无处不在。其广泛地用于数码静态相机、蜂窝式电话、安全摄像机以及医疗、汽车及其它应用中。典型图像传感器响应于从外部场景反射的图像光入射到图像传感器上而进行操作。图像传感器包含具有光敏元件(例如，光电二极管)的像素阵列，所述光敏元件吸收入射图像光的一部分且在吸收图像光后即刻产生图像电荷。可作为每一光敏元件的输出电压而测量像素中的每一者的图像电荷，所述输出电压依据入射图像光而变化。换句话说，所产生的图像电荷量与图像光的强度成比例，所述图像光用于产生表示外部场景的数字图像(即，图像数据)。

用于制造图像传感器的技术一直继续快速地进展。对较高分辨率及较低电力消耗的需求已促进了这些装置的进一步小型化及集成。结合对具有高动态范围及低光敏感度的图像传感器的需求使得具有高转换增益及高信噪比的像素单元的设计变得越来越具有挑战性。

据信，低噪声对图像传感器的弱光的检测为重要的，且高转换增益为实现低噪声提供了一种途径。常规地，浮动扩散部经由多个触点而连接到像素单元的源极跟随器栅极，所述多个触点在由图像传感器芯片的层间介电层的介电材料环绕的金属互连层中经由金属线而彼此耦合。浮动扩散部与源极跟随器栅极之间通过层间介电层的电耦合可引入寄生电容，这增加浮动扩散部的有效电容且降低转换增益。

发明内容

在一个方面中，本发明涉及一种像素单元，其包括：浮动扩散部，其安置于半导体材料中且经耦合以从安置于所述半导体材料中的光电二极管接收图像电荷；转移栅极，其接近于所述光电二极管及所述浮动扩散部而安置于所述半导体材料上方；复位晶体管，其具有位于所述半导体材料中的第一经掺杂区域及第二经掺杂区域以及在所述复位晶体管的所述第一经掺杂区域与所述第二经掺杂区域之间安置于所述半导体材料上方的复位栅极；源极跟随器晶体管，其具有安置于所述半导体材料上方且横向安置于所述转移栅极与所述复位栅极之间的源极跟随器栅极；及隧道触点，其将所述浮动扩散部耦合到所述源极跟随器栅极以及所述复位晶体管的所述第一经掺杂区域。

在另一方面中，本发明涉及一种制作像素单元的方法，其包括：提供半导体材料；在所述半导体材料中形成光电二极管、浮动扩散部、源极跟随器晶体管以及复位晶体管的第一经掺杂区域及第二经掺杂区域；在所述半导体材料的第一侧上方形成转移栅极、源极跟随器栅极、复位晶体管栅极；在所述半导体材料的所述第一侧上方形成层间介电层，且嵌入所述转移栅极、所述源极跟随器栅极及所述复位晶体管栅极；将所述层间介电层图案化及蚀刻以在所述浮动扩散部上方提供第一经暴露区域、在所述源极跟随器栅极上方提供第二经暴露区域且在所述复位晶体管的所述第一经掺杂区域上方提供第三经暴露区域；及在所述浮动扩散部上方的所述第一经暴露区域、所述源极跟随器栅极上方的所述第二经暴露区域以及所述复位晶体管的所述第一经掺杂区域上方的所述第三经暴露区域中沉积导电材料以形成隧道触点，所述隧道触点将所述浮动扩散部电耦合到所述源极跟随器栅极以及所述复位晶体管的所述第一经掺杂区域。