(12)發(fā)明專利(10)授權(quán)公告號(hào)CN112490255B(65)同一申請(qǐng)的已公布的文獻(xiàn)號(hào)(30)優(yōu)先權(quán)數(shù)據(jù)(73)專利權(quán)人臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司行六路八號(hào)施俊吉黃益民(74)專利代理機(jī)構(gòu)北京派特恩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11270US2015001376A1,2015.01.01US2015108555A1,2015.US2018315787A1,2018.11.01US9735197B1,201CMOS圖像傳感器及形成圖像傳感器的方法本發(fā)明涉及一種CMOS圖像傳感器和一種相關(guān)的形成方法，CMOS圖像傳感器具有將光電二極管與像素裝置分離的摻雜隔離結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，CMOS圖像傳感器具有將光電二極管與像素裝置分離的摻雜隔離結(jié)構(gòu)。光電二極管遠(yuǎn)離襯底的前側(cè)布置在襯底內(nèi)。像素裝置安置于上覆光電二極管的襯底的前側(cè)處且通過(guò)摻雜隔離結(jié)構(gòu)與光電二極管分離。相較于其中光電二極管的上部部分通常布置在襯底的前側(cè)的頂面處的先前圖像傳感器設(shè)計(jì)，現(xiàn)在光電二極管布置成遠(yuǎn)離頂面且為像素裝置留出更多空間。因此，較大像素裝2襯底，具有第一摻雜類(lèi)型且具有前側(cè)以及與所述前側(cè)相對(duì)的背側(cè)；光電二極管摻雜區(qū)，具有與所述第一摻雜類(lèi)型相對(duì)的第二摻雜類(lèi)型且安置于所述襯底垂直轉(zhuǎn)移柵極電極，從所述襯底的所述前側(cè)垂直地延伸到所述襯底內(nèi)的第一位置且通過(guò)柵極介電質(zhì)與所述襯底分離；摻雜垂直隔離區(qū)，沿著所述垂直轉(zhuǎn)移柵極電極垂直延伸；連續(xù)摻雜的摻雜橫向隔離區(qū)，安置于所述光電二極管摻雜區(qū)上，與所述摻雜垂直隔離區(qū)直接接觸，并且沿著與所述垂直轉(zhuǎn)移柵極電極橫向相反的方向延伸；像素裝置阱，安置于所述摻雜橫向隔離區(qū)上，其中所述像素裝置阱的摻雜濃度小于所述摻雜垂直隔離區(qū)的摻雜濃度；以及像素裝置，安置于所述襯底的所述前側(cè)處的所述像素裝置阱上，所述像素裝置包括安置于所述襯底上方的柵極電極以及安置于所述襯底內(nèi)的一對(duì)源極/漏極(S/D)區(qū)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述摻雜垂直隔離區(qū)及所述摻雜橫向隔離區(qū)將所述像素裝置阱與所述光電二極管摻雜區(qū)分離。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述摻雜垂直隔離區(qū)鄰接所述柵極介電質(zhì)的側(cè)壁。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，進(jìn)一步包括：浮動(dòng)擴(kuò)散阱，安置于與所述摻雜垂直隔離區(qū)相對(duì)的所述垂直轉(zhuǎn)移柵極電極的另一側(cè)上的所述襯底內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述浮動(dòng)擴(kuò)散阱具有從所述襯底的所述前側(cè)處的頂面到遠(yuǎn)離所述襯底的所述前側(cè)的底面的呈梯度減小的摻雜濃度。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，進(jìn)一步包括：淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)，位于所述像素裝置與所述摻雜垂直隔離區(qū)之間，從所述襯底的所述前側(cè)延伸到所述像素裝置阱內(nèi)的位置。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)具有底面，所述底面定位在比所述摻雜橫向隔離區(qū)的位置更淺的所述襯底內(nèi)的位置處。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述像素裝置的所述源極/漏極區(qū)具有底面，所述底面定位在高于所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的所述底面的所述襯底的位置處。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，進(jìn)一步包括：第二摻雜區(qū)，安置于所述第一摻雜區(qū)下面且鄰接所述第一摻雜區(qū)；其中所述第二摻雜區(qū)具有與所述第一摻雜區(qū)相對(duì)的摻雜類(lèi)型。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述第一摻雜區(qū)及所述第二摻雜區(qū)各自具有與所述光電二極管摻雜區(qū)的側(cè)壁表面垂直對(duì)準(zhǔn)的側(cè)壁表面。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述摻雜橫向隔離區(qū)及所述像素裝置阱具有所述第一摻雜類(lèi)型。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述像素裝置是源極跟隨器313.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于介電填充層的深溝槽隔離(DTI)結(jié)構(gòu)，包圍所述光電二極管摻雜區(qū)且通過(guò)所述襯底與垂直轉(zhuǎn)移柵極電極，從所述p型襯底的所述前側(cè)垂直地延伸到所述p型襯底內(nèi)的第其中所述p型橫向隔離區(qū)與所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的頂表面直接接觸并覆蓋所述深溝槽17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述深溝槽隔離(DTI)結(jié)構(gòu)其中所述p型橫向隔離區(qū)與所述n型光電二極管區(qū)、所述p型襯底以及所述深溝槽隔離在所述光電二極管摻雜區(qū)上、沿著所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)并在所在所述摻雜垂直隔離區(qū)旁邊形成垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)，以及在與所述摻雜垂直隔離區(qū)相在與所述垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)相對(duì)的所述摻雜垂直隔離區(qū)的一側(cè)上的所述襯底的所述4形成介電填充層的深溝槽隔離(DTI)結(jié)構(gòu)，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)從所述襯底的背側(cè)延伸到所述襯底中，包圍所述光電二極管摻雜區(qū)且到達(dá)所述摻雜橫向隔離區(qū)的底面。5技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明的實(shí)施例是有關(guān)于一種CMOS圖像傳感器及形成圖像傳感器的方法。背景技術(shù)[0002]數(shù)碼相機(jī)及光學(xué)成像裝置采用圖像傳感器(imagesensor)。圖像傳感器將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為可表示為數(shù)字圖像(digitalimages)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(digitaldata)。圖像傳感器包含用于檢測(cè)光并記錄所檢測(cè)到的光的強(qiáng)度(亮度)的像素陣列(或柵)。像素陣列通過(guò)積聚電荷來(lái)對(duì)光作出響應(yīng)。積聚的電荷隨后用于提供色彩和亮度信號(hào)以用于合適的應(yīng)用，例如數(shù)碼相機(jī)。發(fā)明內(nèi)容[0003]本發(fā)明實(shí)施例提供一種CMOS圖像傳感器，包括襯底、光電二極管摻雜區(qū)、垂直轉(zhuǎn)移柵極電極、摻雜橫向隔離區(qū)、像素裝置阱以及像素裝置。襯底，具有第一摻雜類(lèi)型且具有前側(cè)以及與前側(cè)相對(duì)的背側(cè)。光電二極管摻雜區(qū)，具有與第一摻雜類(lèi)型相對(duì)的第二摻雜類(lèi)型且安置于襯底內(nèi)。垂直轉(zhuǎn)移柵極電極，從襯底的前側(cè)垂直地延伸到襯底內(nèi)的第一位置且通過(guò)柵極介電質(zhì)與襯底分離。摻雜橫向隔離區(qū)，安置于光電二極管摻雜區(qū)上。像素裝置阱，安置于摻雜橫向隔離區(qū)上。以及像素裝置，安置于襯底的前側(cè)處的像素裝置阱上，像素裝置包括安置于襯底上方的柵極電極以及安置于襯底內(nèi)的一對(duì)源極/漏極(S/D)區(qū)。[0004]本發(fā)明實(shí)施例提供一種CMOS圖像傳感器，包括p型襯底、n型光電二極管區(qū)、垂直轉(zhuǎn)移柵極電極、p型橫向隔離區(qū)以及p型垂直隔離區(qū)。p型襯底，具有前側(cè)以及與前側(cè)相對(duì)的背側(cè)。n型光電二極管區(qū)，安置于p型襯底內(nèi)且與p型襯底直接接觸。垂直轉(zhuǎn)移柵極電極，從p型襯底的前側(cè)垂直地延伸到p型襯底內(nèi)的第一位置，且通過(guò)柵極介電質(zhì)與p型襯底分離。p型橫向隔離區(qū)，安置于n型光電二極管區(qū)上。以及p型垂直隔離區(qū)，從p型襯底的前側(cè)垂直地延伸且到達(dá)p型橫向隔離區(qū)上。[0005]本發(fā)明實(shí)施例提供一種圖像傳感器的方法，包括：從襯底的前側(cè)在像素區(qū)的外周處形成淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)；從襯底的前側(cè)形成像素區(qū)的光電二極管的光電二極管摻雜區(qū)；在光電二極管摻雜區(qū)及襯底上形成摻雜橫向隔離區(qū)及摻雜垂直隔離區(qū)；在摻雜垂直隔離區(qū)旁邊形成垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)，以及在與摻雜垂直隔離區(qū)相對(duì)的垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)處形成浮動(dòng)擴(kuò)散阱；在與垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)相對(duì)的摻雜垂直隔離區(qū)的一側(cè)上的襯底的前側(cè)上形成像素裝置；以及形成深溝槽隔離(DTI)結(jié)構(gòu)，深溝槽隔離結(jié)構(gòu)從襯底的背側(cè)延伸到襯底中，包圍光電二極管摻雜區(qū)且通過(guò)襯底與光電二極管摻雜區(qū)分離。附圖說(shuō)明[0006]結(jié)合附圖閱讀以下詳細(xì)描述會(huì)最佳地理解本發(fā)明的各方面。應(yīng)注意，根據(jù)業(yè)界中的標(biāo)準(zhǔn)慣例，各個(gè)特征未按比例繪制。實(shí)際上，為了論述清楚起見(jiàn)，可任意增大或減小各個(gè)特征的尺寸。6[0007]圖1示出根據(jù)一些實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的橫截面視圖，所述CMOS圖像傳感器具有將光電二極管與像素裝置分離的摻雜隔離結(jié)構(gòu)。[0008]圖2示出根據(jù)一些實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的2×2像素區(qū)的布局圖。[0009]圖3示出根據(jù)一些實(shí)施例的由重復(fù)2×2像素區(qū)陣列制成的感測(cè)陣列的布局圖。[0010]圖4示出根據(jù)一些實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的橫截面視圖，所述CMOS圖像傳感器具有將光電二極管與像素裝置分離的摻雜隔離結(jié)構(gòu)。[0011]圖5示出根據(jù)一些實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的2×2像素區(qū)的布局圖。[0012]圖6示出根據(jù)一些實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的2×2像素區(qū)的布局圖。[0013]圖7示出根據(jù)一些實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的橫截面視圖，所述CMOS圖像傳感器具有在轉(zhuǎn)移柵極電極下面的一對(duì)摻雜區(qū)。[0014]圖8示出根據(jù)一些實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的2×2像素區(qū)的布局圖，所述CMOS圖像傳感器可采用PMOS像素裝置和n型像素裝置阱以減少像素噪聲。[0015]圖9示出根據(jù)一些實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的2×2像素區(qū)的布局圖，所述CMOS圖像傳感器具有雙像素裝置阱。[0016]圖10示出繪示根據(jù)一些實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的偏壓光電二極管摻雜阱對(duì)全阱容量的影響的曲線圖。具有將光電二極管與像素裝置分離的摻雜隔離結(jié)構(gòu)。具有將光電二極管與像素裝置分離的摻雜隔離結(jié)構(gòu)。[0019]圖13示出根據(jù)一些實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于上文圖11或圖12的圖像傳感器的2×2像素的一些實(shí)施例的電路圖。[0020]圖14示出根據(jù)一些實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于下文圖15或圖16的圖像傳感器的2×2像素的一些實(shí)施例的電路圖。具有將光電二極管與PMOS像素裝置分離的摻雜隔離結(jié)構(gòu)。具有將光電二極管與像素裝置分離的摻雜隔離結(jié)構(gòu)。具有用于PMOS像素裝置的雙STI結(jié)構(gòu)。[0024]圖18示出根據(jù)一些實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于圖17或圖20的圖像傳感器的2×2像素的一些實(shí)施例的電路圖。[0025]圖19和圖20示出根據(jù)一些額外實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的布局圖和橫截面視圖，所述CMOS圖像傳感器具有安置于第一n型像素裝置阱內(nèi)的源極跟隨器晶體管和單獨(dú)地安置于第二n型像素裝置阱內(nèi)的選擇晶體管。[0026]圖21示出根據(jù)一些額外實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的2×4像素區(qū)的布局圖，所述CMOS圖像傳感器具有安置于雙n型像素裝置阱內(nèi)的PMOS像素裝置。[0027]圖22示出根據(jù)一些實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于圖21的圖像傳感器的2×4像素的一些實(shí)施例的電路圖。CN112490255B7[0028]圖23示出根據(jù)一些額外實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的2×4像素區(qū)的布局圖，所述CMOS圖像傳感器具有安置于雙n型像素裝置阱內(nèi)的PMOS像素裝置。[0029]圖24示出根據(jù)一些實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于圖23的圖像傳感器的2×4像素的一些實(shí)施例的電路圖。[0030]圖25到圖34示出繪示形成CMOS圖像傳感器的方法的橫截面視圖的一些實(shí)施例，所述CMOS圖像傳感器在光電二極管結(jié)構(gòu)上具有像素裝置。[0031]圖35示出形成CMOS圖像傳感器的方法的一些實(shí)施例的流程圖，所述CMOS圖像傳感器在光電二極管結(jié)構(gòu)上具有像素裝置。[0032]附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明3000、3100、3200、3300:橫截面視圖；[0034]102:襯底；[0035]103、103a、103b、103c、103d、103e、103f、103g、103h:感測(cè)像素/單元像素；[0037]105、107、109:感測(cè)單元；[0038]106:層間介電層；[0039]108:摻雜橫向隔離區(qū)；[0042]110:光電二極管摻雜區(qū)；[0043]111:深溝槽隔離結(jié)構(gòu)；[0044]112、112a:淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)/介電隔離結(jié)構(gòu)；[0045]112':摻雜隔離結(jié)構(gòu)；[0046]114:柵極介電質(zhì)；[0048]118:微透鏡；[0049]120:入射輻射/入射光；[0051]124:背側(cè)；[0053]130、130':源極/漏極區(qū)；[0054]132:摻雜垂直隔離區(qū)；[0055]134、SF:源極跟隨晶體管；[0056]136、RST:復(fù)位晶體管；[0057]138:側(cè)壁間隔物；[0058]140、SEL:行選擇晶體管；[0059]142、FD:浮動(dòng)擴(kuò)散阱；[0060]143:阱節(jié)點(diǎn)；[0061]144:濾色器；8[0062]146:浮動(dòng)擴(kuò)散接觸件；[0063]148、148':像素裝置；[0064]150:柵極電極；[0065]152、152':像素裝置阱；[0067]154:光電二極管阱區(qū)；[0069]602:抗反射層；[0074]1602:導(dǎo)電接點(diǎn)；[0075]1604:金屬線層；[0076]1606:BEOL金屬化堆疊；[0077]1802:深溝槽；[0078]2802:垂直柵極溝槽；[0079]3500:方法；[0082]Vdd:DC電壓供應(yīng)端；[0083]Vout:輸出。具體實(shí)施方式[0084]以下公開(kāi)內(nèi)容提供用于實(shí)施所提供主題的不同特征的許多不同實(shí)施例或?qū)嵗?。下文描述組件和布置的具體實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些只是實(shí)例且并不意欲為限制性的。舉例來(lái)說(shuō)，在以下描述中，第一特征在第二特征之上或上的形成可包含第一特征與第二特征直接接觸地形成的實(shí)施例，并且還可包含額外特征可形成于第一特征與第二特征之間從而使得第一特征與第二特征可不直接接觸的實(shí)施例。另外，本發(fā)明可在各種實(shí)例中重復(fù)附圖標(biāo)號(hào)和/或字母。此重復(fù)是出于簡(jiǎn)單和清晰的目的，且本身并不指示所論述的各種實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。[0085]此外，為了易于描述，在本文中可使用例如“在…下面(beneath)”、“在…下方(below)”、“下部(lower)”、“在…上方(above)”、“上部(upper)”等空間相關(guān)術(shù)語(yǔ)，以描述如圖中所示出的一個(gè)元件或特征相對(duì)于另一元件或特征的關(guān)系。除圖中所描繪的定向外，空間相關(guān)術(shù)語(yǔ)意圖涵蓋裝置在使用或操作中的不同定向。設(shè)備可以其它方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或處于其它定向),且本文中所使用的空間相關(guān)描述詞因此可同樣地進(jìn)行解釋。[0086]通常通過(guò)縮小裝置幾何形狀來(lái)改進(jìn)集成電路(integratedcircuit,IC)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)較低制造成本、較高裝置集成密度、較高速度以及更佳性能。然而，由于裝置縮小，圖像傳感器的感測(cè)像素具有更小尺寸且彼此更接近，且因此導(dǎo)致例如像素噪聲(pixelnoise)、電9荷轉(zhuǎn)移(chargetransfer)能力以及全阱容量(fullwellcapacity)等像素性能特征的退化。由于可用區(qū)域有限，使用傳統(tǒng)像素布局及結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)良好像素性能變得具有挑戰(zhàn)性。[0087]本發(fā)明涉及一種包括改進(jìn)的感測(cè)像素(sensingpixel)結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器，以及一種相關(guān)形成方法。CMOS圖像傳感器具有將光電二極管(photodiode)與像素裝置分離的摻雜隔離結(jié)構(gòu)(dopedisolationstructure)。光電二極管遠(yuǎn)離襯底的前側(cè)布置在襯底內(nèi)。像素裝置安置于上覆光電二極管的襯底的前側(cè)處且通過(guò)摻雜隔離結(jié)構(gòu)與光電二極管分離。相較于其中光電二極管的上部部分通常布置在襯底的前側(cè)的頂面處的先前圖像傳感器設(shè)計(jì)，現(xiàn)在光電二極管布置成遠(yuǎn)離頂面且為像素裝置留出更多空間。因此，較大像素裝置可布置在感測(cè)像素中，且可改進(jìn)較短溝道效應(yīng)(shortchanneleffect)和噪聲級(jí)(noise[0088]圖1示出根據(jù)一些實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的橫截面視圖100,所述CMOS圖像傳感器具有上覆光電二極管104的像素裝置148.摻雜垂直隔離區(qū)132和摻雜橫向隔離區(qū)108一起充當(dāng)摻雜隔離結(jié)構(gòu)且將像素裝置148與光電二極管104分離。在一些實(shí)施例中，如圖2中所102可包括任何類(lèi)型的半導(dǎo)體主體(例如硅/CMOS塊體、SiGe、SOI等),例如半導(dǎo)體晶圓或晶圓(wafer)上的一或多個(gè)管芯，以及任何其它類(lèi)型的半導(dǎo)體及/或形成于其上和/或以其它方式與其相關(guān)聯(lián)的外延層。作為一實(shí)例，襯底102可具有在約2微米(micrometer,μm)到約10微米范圍內(nèi)的深度。光電二極管摻雜區(qū)110安置于襯底102內(nèi)，且由襯底102的光電二極管阱區(qū)(photodiodewellregion)154包圍。光電二極管摻雜區(qū)110和襯底102可在P-N結(jié)的界面處接合且被配置成將輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。[0089]垂直轉(zhuǎn)移柵極電極(verticaltransfergateelectrode)116從襯底102的前側(cè)122安置到襯底102內(nèi)的垂直轉(zhuǎn)移柵極電極116的底面116b。垂直轉(zhuǎn)移柵極電極116通過(guò)柵極介電質(zhì)114與襯底102分離。在一些實(shí)施例中，柵極介電質(zhì)114鄰接摻雜垂直隔離區(qū)132的側(cè)壁和摻雜橫向隔離區(qū)108的側(cè)壁。底面116b可定位于垂直地在摻雜橫向隔離區(qū)108的頂面108t與底面108b之間的第一位置處。[0090]浮動(dòng)擴(kuò)散阱(floatingdiffusionwell)142安置于與摻雜垂直隔離區(qū)132相對(duì)的垂直轉(zhuǎn)移柵極電極116的另一側(cè)上的襯底102內(nèi)。在一些實(shí)施例中，摻雜垂直隔離區(qū)132包圍垂直轉(zhuǎn)移柵極電極116且其側(cè)壁直接地接合浮動(dòng)擴(kuò)散阱142的側(cè)壁。不同接點(diǎn)可布置在對(duì)應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)上。舉例來(lái)說(shuō)，浮動(dòng)擴(kuò)散接點(diǎn)146可安置于浮動(dòng)擴(kuò)散阱142的上表面上。[0091]像素裝置阱152安置于摻雜橫向隔離區(qū)108上。像素裝置阱152可通過(guò)摻雜橫向隔離區(qū)108與光電二極管摻雜區(qū)110分離。淺溝槽隔離(shallowtrenchisolation,STI)結(jié)構(gòu)112從襯底102的前側(cè)122到像素裝置阱152內(nèi)的底面112s安置于像素裝置阱152內(nèi)。STI結(jié)構(gòu)112的底面112s可定位于相比于摻雜橫向隔離區(qū)108的頂面108t垂直地更靠近襯底102的前側(cè)122的位置處。作為一實(shí)例，STI結(jié)構(gòu)112可具有在約50納米(nanometer,nm)到約500納米范圍內(nèi)的深度。在一些實(shí)施例中，STI結(jié)構(gòu)112包括介電質(zhì)填充層(例如氧化層)。像素裝置148安置于像素裝置阱152內(nèi)的襯底102的前側(cè)122處，且直接地上覆光電二極管摻雜區(qū)110。像素裝置148包括安置于襯底102上方的柵極電極150以及安置于襯底102內(nèi)的一對(duì)源極/漏極(source/drain,S/D)區(qū)(未示出)。[0092]深溝槽隔離(deeptrenchisolation,DTI)結(jié)構(gòu)111安置于襯底102中，從背側(cè)124延伸到襯底102內(nèi)的位置。在一些實(shí)施例中，DTI結(jié)構(gòu)111具有與光電二極管摻雜區(qū)110的頂面及摻雜橫向隔離區(qū)108的底面108b共用共有平面的頂面。DTI結(jié)構(gòu)111和光電二極管摻雜區(qū)110可具有大體上彼此相等的深度。作為一實(shí)例，DTI結(jié)構(gòu)111和光電二極管摻雜區(qū)110可分別具有在約2微米到約10微米范圍內(nèi)的深度。在一些實(shí)施例中，DTI結(jié)構(gòu)111包括介電質(zhì)填充層(例如氧化層)。[0093]在一些實(shí)施例中，摻雜橫向隔離區(qū)108鄰接光電二極管摻雜區(qū)110的頂面，還可用充當(dāng)用于光電二極管摻雜區(qū)的釘扎植入層(pinnedimplantlayer)且阻斷來(lái)自硅表面的暗電流。摻雜橫向隔離區(qū)108可以是重?fù)诫s(heavilydoped)的(例如具有在毫歐姆/厘米范圍內(nèi)的電阻率下降)。[0094]圖2示出根據(jù)一些實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的2×2像素區(qū)的布局圖200。術(shù)語(yǔ)“像素”是指含有用于將電磁輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的特征(例如光檢測(cè)器和各種電路，其可包含各種半導(dǎo)體裝置)的單位單元。在所描繪實(shí)施例中，每個(gè)像素可包含光檢測(cè)器(photodetector)(例如光門(mén)型光檢測(cè)器(photogate-typephotodetector)),以用于記錄光(輻射)的強(qiáng)度或亮度。每個(gè)像素還可包含各種半導(dǎo)體裝置，例如各種晶體管，包含轉(zhuǎn)移晶體管(transfertransistor)、復(fù)位晶體管(resettransistor)、源極跟隨器晶體管(source-follower輸入和/或輸出可耦合至像素陣列以為像素提供操作環(huán)境并支持與像素的外部通信。舉例來(lái)說(shuō)，像素陣列可與讀出電路和/或控制電路耦合。作為一實(shí)例，感測(cè)像素103可具有在約0.5微米到約10微米范圍內(nèi)的大小。如果未另外規(guī)定，那么下文尺寸實(shí)例全部基于此像素大小。圖1可描述為沿圖2的線A-A’的橫截面視圖，但應(yīng)了解，圖1中所示的一些特征也可為獨(dú)立的且因此并不受圖2中所示的特征限制。如圖中2中所示，四個(gè)感測(cè)像素103a、感測(cè)像素103b、感測(cè)像素103c、感測(cè)像素103d可共用一個(gè)浮動(dòng)擴(kuò)散阱142及一組像素裝置(呈現(xiàn)為圖1中的像素裝置148)。像素裝置可以是源極跟隨器晶體管134、復(fù)位晶體管136或行選擇晶體管140,且可分別包括安置于像素裝置阱152上的柵極電極150以及安置于像素裝置阱152內(nèi)的一對(duì)源極/漏極(S/D)區(qū)130。根據(jù)布局圖，垂直轉(zhuǎn)移柵極電極116可具有五邊形形狀。垂直轉(zhuǎn)移柵極電極116還可以是其它多邊形形狀。不同接點(diǎn)可布置在對(duì)應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)上。實(shí)例接點(diǎn)感測(cè)像素103d的外周區(qū)域處。[0095]圖3示出根據(jù)一些實(shí)施例的由重復(fù)2×2像素區(qū)陣列制成的感測(cè)陣列的布局圖300。感測(cè)像素103a、感測(cè)像素103b、感測(cè)像素103c、感測(cè)像素103d以及對(duì)應(yīng)電路可構(gòu)成感測(cè)像素103。感測(cè)單元可成行重復(fù)且擴(kuò)大作為感測(cè)單元105、感測(cè)單元107以及感測(cè)單元109作為實(shí)[0096]圖4示出根據(jù)一些實(shí)施例的感測(cè)像素103aCMOS圖像傳感器的橫截面視圖400,所述CMOS圖像傳感器具有將光電二極管與像素裝置分離的摻雜隔離結(jié)構(gòu)。光電二極管104可包括安置于襯底102的光電二極管阱區(qū)154內(nèi)的光電二極管摻雜區(qū)110。浮動(dòng)擴(kuò)散阱142安置于光電二極管104旁邊的襯底102內(nèi)。垂直轉(zhuǎn)移柵極電極116安置到浮動(dòng)擴(kuò)散阱142與光電二極管摻雜區(qū)之間的襯底102中。光電二極管摻雜區(qū)110和襯底102可彼此接觸并在相接界面處形成P-N結(jié)。光電二極管摻雜區(qū)110可安置于垂直轉(zhuǎn)移柵極電極116下面。光電二極管摻雜區(qū)110的頂面可比垂直轉(zhuǎn)移柵極電極116的底面距襯底的前側(cè)122更遠(yuǎn)。在遠(yuǎn)離浮動(dòng)擴(kuò)散阱11142的感測(cè)像素103a的外周區(qū)域處，STI結(jié)構(gòu)112經(jīng)安置上覆光電二極管摻雜區(qū)110和垂直轉(zhuǎn)移柵極電極116。摻雜垂直隔離區(qū)132安置于STI結(jié)構(gòu)112與垂直轉(zhuǎn)移柵極電極116之間。像素裝置148安置于像素裝置阱152上的STI結(jié)構(gòu)112外部。摻雜垂直隔離區(qū)132將垂直轉(zhuǎn)移柵極電極116與像素裝置阱152分離。在一些實(shí)施例中，像素裝置阱152覆蓋STI結(jié)構(gòu)112的整個(gè)底[0097]多個(gè)濾色器(colorfilters)144布置在襯底102的背側(cè)124上。所述多個(gè)濾色器144分別被配置成傳輸特定波長(zhǎng)的入射輻射或入射光120。舉例來(lái)說(shuō)，第一濾色器(例如，紅色濾色器)可傳輸具有第一范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的光，而第二濾色器可傳輸具有第二范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的光，所述第二范圍與所述第一范圍不同。在一些實(shí)施例中，所述多個(gè)濾色器144可布置在上覆襯底102的柵極結(jié)構(gòu)內(nèi)。在一些實(shí)施例中，柵極結(jié)構(gòu)可包括介電材料。[0098]在一些實(shí)施例中，抗反射層602安置于濾色器144與襯底102之間。在一些實(shí)施例oxide,HfSi0)、氧化鉿鋁(hafniumaluminumoxide,HfA10)或氧化鉿鉭(hafniumtantalumoxide,HfTaO)或其組合。多個(gè)微透鏡118可被布置在所述多個(gè)濾色器144上。相應(yīng)微透鏡118與濾色器144對(duì)準(zhǔn)并上覆于感測(cè)像素103。在一些實(shí)施例中，多個(gè)微透鏡118具有鄰接多個(gè)濾色器144的大體上平坦的底面和彎曲的上表面。彎曲的上表面被配置成聚焦入射輻射或入射光120(例如，朝向下伏感測(cè)像素103的光)。在CMOS圖像傳感器的操作期間，通過(guò)微透鏡118將入射輻射或入射光120聚焦到下伏感測(cè)像素103。當(dāng)足夠能量的入射輻射或入射光照射光電二極管104時(shí)，其產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，所述電子-空穴對(duì)產(chǎn)生光電流。值得注意的是，盡管圖4中微透鏡118經(jīng)繪示為固定到圖像傳感器上，但應(yīng)了解，圖像傳感器可不包含微透鏡，且可稍后在單獨(dú)制造活動(dòng)中將微透鏡附接至圖像傳感器。[0099]在一些實(shí)施例中，后段工藝(back-end-of-the-line,BEOL)金屬化堆疊可被布置在襯底102的前側(cè)122上。BEOL金屬化堆疊包括多個(gè)金屬內(nèi)連層，所述多個(gè)金屬內(nèi)連層布置在一或多個(gè)層間介電(inter-leveldielectric,ILD)層106內(nèi)。ILD層106可包括低k介電層(即，介電常數(shù)小于約3.9的介電質(zhì))、超低k介電層或氧化物(例如氧化矽)中的一或多個(gè)。導(dǎo)電接點(diǎn)1602被布置在ILD層106內(nèi)。導(dǎo)電接點(diǎn)1602從轉(zhuǎn)移柵極電極116和浮動(dòng)擴(kuò)散阱142延伸到一或多個(gè)金屬線層1604。在各種實(shí)施例中，導(dǎo)電接點(diǎn)1602可包括導(dǎo)電金屬，例如銅或鎢。[0100]摻雜橫向隔離區(qū)108可安置于像素裝置阱152下面，且可覆蓋像素裝置阱152的整個(gè)底面。光電二極管摻雜區(qū)110和DTI結(jié)構(gòu)111安置于摻雜橫向隔離區(qū)108正下方。摻雜橫向隔離區(qū)108可覆蓋光電二極管摻雜區(qū)110的頂面且充當(dāng)釘扎層且部分未耗盡以制得較大P-N結(jié)電容。摻雜橫向隔離區(qū)108還可用以將光電二極管與像素裝置隔離，且此外阻斷來(lái)自硅表面的暗電流。[0101]圖5示出根據(jù)一些實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的2×2像素區(qū)的布局圖500,所述布局圖特定繪示摻雜橫向隔離區(qū)108的橫向覆蓋區(qū)。圖6示出根據(jù)一些實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的2×2像素區(qū)的布局圖600,所述布局圖特定繪示摻雜垂直隔離區(qū)132的橫向覆蓋區(qū)。如圖5中所示，摻雜橫向隔離區(qū)108包圍四個(gè)感測(cè)像素103a、感測(cè)像素素103d的外周區(qū)域且延伸以與例如源極跟隨器晶體管134、復(fù)位晶體管136以及行選擇晶體管140的像素裝置148橫向交疊。上文參考圖1和圖2描述更詳細(xì)描述的CMOS圖像傳感器的實(shí)例。在一些實(shí)施例中，摻雜橫向隔離區(qū)108可通過(guò)p型摻雜劑重?fù)诫s。p型摻雜濃度可在約le17到約1e19/cm3范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，摻雜橫向隔離區(qū)108還充當(dāng)釘扎層(部分未耗盡以制得較大pn結(jié)電容),且用以將光電二極管摻雜區(qū)110(n型)與像素裝置148(例如n型)隔離，且此外用以阻斷來(lái)自硅表面的暗電流。摻雜橫向隔離區(qū)108與垂直轉(zhuǎn)移柵極電極116之間的距離在約-50納米(交疊)到約250納米范圍內(nèi)。[0102]如圖6中所示，摻雜垂直隔離區(qū)132包圍垂直轉(zhuǎn)移柵極電極116的側(cè)壁且留出浮動(dòng)擴(kuò)散阱142的一側(cè)。垂直轉(zhuǎn)移柵極電極116可具有襯底的前側(cè)122上方的上部部分，所述上部部分比襯底102的前側(cè)122下方的下部部分更寬(參見(jiàn)圖1中的示例性橫截面視圖)。摻雜垂直隔離區(qū)132鄰接下部部分的側(cè)壁且因此可安置于上部部分下面且橫向地與頂部部分的邊界部分交疊，如圖6所示。摻雜垂直隔離區(qū)132可重?fù)诫s有p型摻雜劑，且可具有幾乎等于或大于垂直轉(zhuǎn)移柵極深度的結(jié)深度。p型摻雜濃度大體上在1e17到1e19/cm3范圍內(nèi)。寬度可為至少約50納米。[0103]圖7示出根據(jù)一些實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的橫截面視圖700,所述CMOS圖像傳感器具有在轉(zhuǎn)移柵極電極下方的一對(duì)摻雜區(qū)。如圖7中所示，高劑量N型區(qū)128可大體上安置于垂直轉(zhuǎn)移柵極電極116的底部下方以改進(jìn)遲滯和抗高光溢出(anti-blooming)。n型峰摻雜濃度大體上在約5e16到約le18/cm3范圍內(nèi)。高劑量N型區(qū)128與垂直轉(zhuǎn)移柵極電極116之間的距離在0納米到100納米范圍內(nèi)。因此，垂直轉(zhuǎn)移柵極電極116的電荷轉(zhuǎn)移能力經(jīng)交換以提高全阱容量。[0104]圖8示出根據(jù)一些實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的2×2像素區(qū)的布局圖800。如圖8中所示，可采用具有n型阱的PMOS像素裝置148'(例如，源極跟隨器晶體管134、行選擇晶體管140以及復(fù)位晶體管136)以減少像素噪聲。像素裝置148'的S/D區(qū)130的寬度可與連接像素裝置阱152橫向交疊以維持S/D區(qū)130到像素裝置阱152的較小電阻。像素裝置148’和連接像素裝置阱的交疊寬度d1大于50納米。通過(guò)絕緣體膜(例如STI結(jié)構(gòu)112)將像素裝置阱152與S/D區(qū)130電分離。像素裝置阱152與S/D區(qū)130之間的隔離絕緣體膜的寬度d2小于其它隔離區(qū)域的寬度，例如行選擇晶體管140與復(fù)位晶體管136之間的寬度d2a或像素裝置148與摻雜垂直隔離區(qū)132之間的寬度d2b。[0105]圖9示出根據(jù)一些實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的2×2像素區(qū)的布局圖900,所述CMOS圖像傳感器具有雙像素裝置阱。如圖9中所示，采用具有雙n型像素裝置阱152a和雙n型像素晶體管136)以改進(jìn)轉(zhuǎn)換增益。用于源極跟隨器晶體管134的第一n阱152a與用于復(fù)位晶體管136的第二n型像素裝置阱152b不同。可將第一n阱152a連接至源極跟隨器晶體管134或選擇晶體管裝置140的S/D區(qū)130。[0106]圖10示出繪示根據(jù)一些實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的偏壓光電二極管摻雜阱對(duì)全阱容量的影響的曲線圖1000。在一些實(shí)施例中，將光電二極管p型阱(例如圖1或圖4中的光電二極管阱區(qū)154)與像素裝置阱(例如圖1或圖4中的像素裝置阱152)分離。光電二極管p型阱(例如圖1或圖4中的光電二極管阱區(qū)154)可經(jīng)負(fù)偏壓，且電荷整合期間的轉(zhuǎn)移柵極偏壓等于或低于p型阱偏壓，使得抑制來(lái)自轉(zhuǎn)移柵極的暗電流。負(fù)p型阱偏壓有益于全阱容量提高。如圖10中的點(diǎn)1002所示，光電二極管阱區(qū)的-1.0伏偏壓可等于70%全阱容量增大。[0107]圖11示出根據(jù)一些實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的橫截面視圖1100,所述CMOS圖像傳136、行選擇晶體管140以及源極跟隨器晶體管134)可以是嵌入于p型像素裝置阱152中的NMOS裝置?？赏ㄟ^(guò)STI結(jié)構(gòu)112將復(fù)位晶體管136與行選擇晶體管134分離。行選擇晶體管140和源極跟隨器晶體管134的S/D區(qū)130可耦合至對(duì)應(yīng)偏壓節(jié)點(diǎn)或述的介電STI結(jié)構(gòu)112,可從襯底102的前側(cè)122將摻雜隔離結(jié)構(gòu)112’安置于p型像素裝置阱[0109]圖13示出根據(jù)一些實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于上文圖11或圖12的圖像傳感器的2×2像素的或遠(yuǎn)離其的一個(gè)擴(kuò)散長(zhǎng)度中出現(xiàn)吸收，那么通過(guò)耗盡區(qū)的內(nèi)置電場(chǎng)從結(jié)中清除此電子-空流。穿過(guò)光電二極管104的總電流是暗電流(在沒(méi)有光的情況下產(chǎn)生的電流)和光電流的總電極VTX4)將光電二極管104電性連接到浮動(dòng)擴(kuò)散阱142(以及圖13和一些以下圖式中的浮電極116將電荷從光電二極管104選擇性地轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散阱142。復(fù)位晶體管136(以及圖13和一些以下圖式中的復(fù)位晶體管RST)電性連接于DC電壓供應(yīng)端Vdd與浮動(dòng)擴(kuò)散阱142之圖式中的源極跟隨器晶體管SF)電性連接于Vdd與輸出Vout之間，且通過(guò)浮動(dòng)擴(kuò)散阱142來(lái)閘控以準(zhǔn)許觀測(cè)到浮動(dòng)擴(kuò)散阱142處的電荷層級(jí)而不需去除電荷。行選擇晶體管140(以及圖13和一些以下圖式中的行選擇晶體管SEL)電性連接于源極跟隨器晶體管134與輸出Vout傳感器通過(guò)積聚與光強(qiáng)度成比例的電荷來(lái)記錄入射到光電二極管104上的光的強(qiáng)度。在預(yù)晶體管140被激活且通過(guò)激活轉(zhuǎn)移柵極電極116持續(xù)預(yù)定轉(zhuǎn)移時(shí)間段來(lái)將光電二極管104的電荷被轉(zhuǎn)移，輸出Vout處的電壓改變，通過(guò)為減小。在預(yù)定轉(zhuǎn)移時(shí)間段后，輸出Vout處觀測(cè)到的電壓變化與光電二極管104處記錄光的強(qiáng)度成比例。[0111]圖14示出根據(jù)一些實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于下文圖15或圖16的圖像傳感器的2×2像素的一些實(shí)施例的電路圖1400。像素傳感器的光電二極管PD1到光電二極管PD4可代表圖4的感測(cè)像素103a的光電二極管104或上文所描述的圖像傳感器的其它實(shí)施例。相較于圖13中所示的電路圖，像素裝置(例如復(fù)位晶體管136、行選擇晶體管140以及源極跟隨器晶體管134)[0112]圖15示出根據(jù)一些實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的橫截面視圖1500,所述CMOS圖像傳感器具有將光電二極管104與PMOS像素裝置148’分離的介電隔離結(jié)構(gòu)112。相較于圖11中所示的CMOS圖像傳感器，像素裝置(例如復(fù)位晶體管136、行選擇晶體管140以及源極跟隨器晶體管134)可以是具有嵌入于n型像素裝置阱152’中的p型S/D區(qū)130'的PMOS裝置。像素裝置阱152'的接觸區(qū)1520可重?fù)诫s有n型摻雜劑?？赏ㄟ^(guò)STI結(jié)構(gòu)112將復(fù)位晶體管136與行選擇晶體管140和源極跟隨器晶體管134分離。行選擇晶體管140和源極跟隨器晶體管134的S/D區(qū)130'可耦合至對(duì)應(yīng)偏壓節(jié)點(diǎn)或輸出節(jié)點(diǎn)。[0113]圖16示出根據(jù)一些實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的橫截面視圖1600,所述CMOS圖像傳感器具有用于PMOS像素裝置148’的雙n型阱結(jié)構(gòu)。PMOS像素裝置148’可包括復(fù)位晶體管136、行選擇晶體管140以及源極跟隨器晶體管134,其中p型S/D區(qū)130'嵌入于多個(gè)n型像素裝置阱152a、n型像素裝置阱152b中。作為一實(shí)例，行選擇晶體管140、源極跟隨器以及第一接觸區(qū)1520a可安置于第一n型像素裝置阱152a內(nèi)。復(fù)位晶體管136和第二接觸區(qū)阱152a、n型像素裝置阱152b可耦合至如圖式中所示的對(duì)應(yīng)偏壓節(jié)點(diǎn)或輸出節(jié)點(diǎn)。[0114]圖17示出根據(jù)一些實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的橫截面視圖1700,所述CMOS圖像傳感器具有用于PMOS像素裝置148'的雙STI結(jié)構(gòu)。第一STI結(jié)構(gòu)112a安置于PMOS像素裝置148'的外周區(qū)域處。第一STI結(jié)構(gòu)112a還可安置于各種像素裝置之間且將各種像素裝置隔離。舉例來(lái)說(shuō)，第一STI結(jié)構(gòu)112a可將復(fù)位晶體管136與行選擇晶體管140隔離。第一STI結(jié)構(gòu)112a具有距襯底102的前側(cè)122的第一深度。第一深度可大體上等于第一n型像素裝置阱152a和第二n型像素裝置阱152b的深度。第一STI結(jié)構(gòu)112a可到達(dá)摻雜橫向隔離區(qū)108的頂面上。第二STI結(jié)構(gòu)112b經(jīng)安置以將PMOS像素裝置148’與n型像素裝置阱152a、n型像素裝置阱152b的接觸區(qū)隔離。舉例來(lái)說(shuō)，第二STI結(jié)構(gòu)112b可安置于行選擇晶體管140的S/D區(qū)130'與第一n型像素裝置阱152a的第一接觸區(qū)1520a之間且將行選擇晶體管140的S/D區(qū)130’與第一n型像素裝置阱152a的第一接觸區(qū)1520a隔離。第二STI結(jié)構(gòu)112b還可安置于復(fù)位晶體管136的S/D區(qū)130’與第二n型像素裝置阱152b的第二接觸區(qū)1520b之間且將復(fù)位晶體管136的S/D區(qū)130’與第二n型像素裝置阱152b的第二接觸區(qū)1520b隔離。第二STI結(jié)構(gòu)112b具有距襯底102的前側(cè)122的第二深度。第二深度小于第一深度。[0115]圖18示出根據(jù)一些實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于下文圖19或圖20的圖像傳感器的2×2像素的一些實(shí)施例的電路圖。像素傳感器的光電二極管PD1到光電二極管PD4可代表圖4的感測(cè)像素103a的光電二極管104或上文所描述的圖像傳感器的其它實(shí)施例。相較于圖14中所示的電路圖，例如復(fù)位晶體管136、行選擇晶體管140以及源極跟隨器晶體管134等像素裝置可以20中的n型像素裝置阱152a)和第二n型像素裝置阱NW2(圖19或圖20中的n型像素裝置阱152b)中。[0116]圖19和圖20示出根據(jù)一些額外實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的布局圖1900和橫截面視圖2000,所述CMOS圖像傳感器具有安置于第一n型像素裝置阱152a內(nèi)的源極跟隨器晶體管134和單獨(dú)地安置于第二n型像素裝置阱152b內(nèi)的選擇晶體管140?？赏ㄟ^(guò)STI結(jié)構(gòu)112將可布置在圖像傳感器的2×2像素的同一側(cè)上，因此源極跟隨器晶體管134可僅布置在圖像一實(shí)例，八個(gè)單元像素103a到單元像素103h共用安置于第一n型像素裝置阱152a內(nèi)的選擇晶體管140和源極跟隨器晶體管134以及安置于第二n型像素裝置阱152b內(nèi)的復(fù)位晶體管安置于第一2×2單元像素103a到單元像素103d集合與第二2×2單元像素103e到單元像素阱152b可安置于與第一2×2單元像素103a到單元像素103d集合相對(duì)的第二2×2單元像素側(cè)122形成?？赏ㄟ^(guò)執(zhí)行蝕刻工藝以在CMOS圖像傳感器的感測(cè)像素的外周區(qū)域處形成淺溝工藝(etchingbackprocess)來(lái)蝕刻并暴露出襯底102的頂面。[0121]如圖26的橫截面視圖2600中所示，將第一摻雜劑植入到襯底102中以形成具有第襯底102的前側(cè)122處的浮動(dòng)擴(kuò)散阱142。第一摻雜劑可包括第二摻雜類(lèi)型(例如，n型摻雜光電二極管摻雜區(qū)接觸襯底102或摻雜阱以形成光電二極管104.光電二極管摻雜區(qū)110可經(jīng)形成遠(yuǎn)離襯底102的前側(cè)122。光電二極管摻雜區(qū)110可經(jīng)形成以具有比STI結(jié)構(gòu)112的底面更深深度的頂面。[0122]如圖27的橫截面視圖2700中所示，形成具有第一摻雜類(lèi)型(例如，p型)的不同摻雜區(qū)。這些摻雜區(qū)的濃度可在約1e15到約1e18/cm3范圍內(nèi)。摻雜橫向隔離區(qū)108形成于光電二極管與像素裝置區(qū)之間，且摻雜濃度大體上在約1e17到約1e19/cm3范圍內(nèi)。摻雜垂直隔離區(qū)132由襯底102的前側(cè)122形成。摻雜橫向隔離區(qū)108可形成為未耗盡的，隨后可通過(guò)像素p型阱電極來(lái)偏壓。因此，p-n結(jié)電容增大。摻雜垂直隔離區(qū)132可經(jīng)形成包圍除浮動(dòng)擴(kuò)散側(cè)以外的待形成的垂直轉(zhuǎn)移柵極側(cè)壁，且因此在讀出期間抑制耗盡區(qū)延伸到像素裝置區(qū)。像素裝置阱摻雜濃度及光電二極管摻雜濃度大體上在1e16到1e18/cm3范圍內(nèi)，且低于摻雜橫向隔離區(qū)108和摻雜垂直隔離區(qū)132。[0123]如圖28的橫截面視圖2800中所示，垂直柵極溝槽2802經(jīng)形成從襯底102的前側(cè)延形成于p型區(qū)下方以改進(jìn)遲滯且在讀出期間得到光電二極管到浮動(dòng)擴(kuò)散的電位梯度。[0124]如圖29的橫截面視圖2900中所示，垂直轉(zhuǎn)移柵極層經(jīng)圖案化以形成轉(zhuǎn)移柵極電極116以及用于像素裝置148(例如源極跟隨器晶體管134、復(fù)位晶體管136和/或行選擇晶體管140)的柵極結(jié)構(gòu)，所述像素裝置形成于襯底102的前側(cè)122上方。可通過(guò)將柵極介電膜和柵極電極膜沉積在襯底102上方來(lái)形成柵極結(jié)構(gòu)。柵極介電膜和柵極電極膜隨后經(jīng)圖案化以形成柵極介電層和柵極電極。側(cè)壁間隔物138可形成于柵極電極的外部側(cè)壁上。在一些實(shí)施例中，可通過(guò)將氮化物沉積到襯底102的前側(cè)122上且選擇性地蝕刻氮化物以形成側(cè)壁間隔物138來(lái)形成側(cè)壁間隔物138。[0125]如圖30的橫截面視圖3000中所示，執(zhí)行多種植入工藝(implantationprocess)。在襯底102的前側(cè)122內(nèi)執(zhí)行植入工藝以沿轉(zhuǎn)移柵極電極116的一側(cè)形成浮動(dòng)擴(kuò)散阱142。在像素裝置148(例如源極跟隨器晶體管134、復(fù)位晶體管136和/或行選擇晶體管140)的柵極結(jié)構(gòu)的旁側(cè)形成S/D區(qū)130。在一些實(shí)施例中，可使用圖案化掩模植入第二摻雜劑以形成從前側(cè)122延伸到襯底102的第一深度中的摻雜橫向隔離區(qū)108。第二摻雜劑物質(zhì)可包括第一摻雜類(lèi)型(例如，p型摻雜劑，例如硼)。摻雜橫向隔離區(qū)108可具有比摻雜阱更大的摻雜濃度。摻雜橫向隔離區(qū)108的實(shí)例摻雜濃度可在約101?/cm3到約101?/cm3范圍內(nèi)。浮動(dòng)擴(kuò)散阱142和S/D區(qū)130的實(shí)例摻雜濃度可在約101/cm3到約1021/cm3范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，可根據(jù)包括光阻的圖案化的掩模層(未示出)選擇性地植入襯底102。[0126]如圖31的橫截面視圖3100中所示，BEOL金屬化堆疊1606可形成于襯底102的前側(cè)122上方，所述BEOL金屬化堆疊包括布置在ILD層106內(nèi)的多個(gè)金屬內(nèi)連層。在一些實(shí)施例中，BEOL金屬化堆疊1606可通過(guò)在襯底102的前側(cè)122上方形成ILD層106而形成，所述ILD層包括一或多個(gè)ILD材料層。隨后蝕刻ILD層106以形成介層孔和/或金屬溝槽。接著用導(dǎo)電材料填充介層孔和/或金屬溝槽以形成多個(gè)金屬內(nèi)連層。在一些實(shí)施例中，可通過(guò)物理氣相沉積技術(shù)(例如，PVD、CVD等)來(lái)沉積ILD層。多個(gè)金屬內(nèi)連層可使用沉積工藝和/或鍍覆工藝ILD層可隨后接合到操控襯底(未示出)或用于堆疊結(jié)構(gòu)的任何其它功能性襯底。在一些實(shí)施例中，接合工藝可使用布置在ILD層與操控襯底之間的中間接合氧化層。在一些實(shí)施例中，接合工藝可包括熔融接合工藝。[0127]如圖32的橫截面視圖3200中所示，襯底102經(jīng)翻轉(zhuǎn)用于在與前側(cè)122相對(duì)的背側(cè)124上進(jìn)一步處理。襯底102經(jīng)薄化且可暴露出光電二極管摻雜區(qū)的背側(cè)。作為一實(shí)例，薄化的襯底102可具有在約2微米到約10微米范圍內(nèi)的厚度。在一些實(shí)施例中，可通過(guò)蝕刻半導(dǎo)體襯底的背側(cè)124來(lái)使襯底102薄化。在其它實(shí)施例中，可通過(guò)機(jī)械打磨半導(dǎo)體襯底的背側(cè)124來(lái)使襯底102薄化。[0128]如圖33的橫截面視圖3300中所示，選擇性地蝕刻襯底102以在襯底102的背側(cè)124內(nèi)形成深溝槽隔離結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，可通過(guò)形成掩模層到襯底102的背側(cè)124上來(lái)蝕刻襯底102.隨后襯底102暴露于未由掩模層覆蓋的區(qū)域中的蝕刻劑。蝕刻劑蝕刻襯底102以形成深溝槽1802,所述深溝槽延伸到到達(dá)和/或通過(guò)STI結(jié)構(gòu)112的底面的位置。介電填充層經(jīng)形成以填充深溝槽。[0129]如圖34的橫截面視圖3400中所示，多個(gè)濾色器144可隨后形成于襯底102的背側(cè)124上方。抗反射層602可形成于濾色器144與襯底102之間。在一些實(shí)施例中，可通過(guò)形成濾色層且圖案化所述濾色層來(lái)形成多個(gè)濾色器144.濾色層是由允許傳輸輻射(例如，光)的材料形成，所述輻射具有特定范圍的波長(zhǎng)同時(shí)阻斷特定范圍外的波長(zhǎng)的光。另外，在一些實(shí)施例中，濾色層在形成之后經(jīng)平面化。多個(gè)微透鏡118可形成于多個(gè)濾色器上方。在一些實(shí)施例中，可通過(guò)將微透鏡材料沉積在多個(gè)濾色器上方(例如，通過(guò)旋涂方法或沉積工藝)來(lái)形成多個(gè)微透鏡。具有彎曲上表面的微透鏡模板在微透鏡材料上方經(jīng)圖案化。在一些實(shí)施例中，微透鏡模板可包括使用分布曝光光劑量的光阻材料(例如，對(duì)于負(fù)光阻，在曲率的底部處曝光較多光且在曲率的頂部處曝光較少光),顯影以及烘烤以形成圓形形狀。接著根據(jù)微透鏡模板通過(guò)選擇性蝕刻微透鏡材料來(lái)形成多個(gè)微透鏡。傳感器具有將光電二極管與像素裝置分離的摻雜隔離結(jié)構(gòu)。盡管所公開(kāi)的方法3500在本文中經(jīng)示出且描述為一系列動(dòng)作或事件，但應(yīng)了解，不應(yīng)以限制意義來(lái)解譯此類(lèi)動(dòng)作或事件的所示出的排序。舉例來(lái)說(shuō)，除本文中所示出和/或所描述的動(dòng)作或事件之外，一些動(dòng)作可與其它動(dòng)作或事件以不同次序和/或同時(shí)出現(xiàn)。另外，可能需要并非所有的所示出動(dòng)作以實(shí)施本文中的描述的一或多個(gè)方面或?qū)嵤├?。此外，本文中所描繪的動(dòng)作中的一個(gè)或多個(gè)可以一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)動(dòng)作和/或階段進(jìn)行。[0131]在動(dòng)作3502處，提供襯底。具有第一摻雜類(lèi)型(例如，p型)的摻雜阱可形成于外延層內(nèi)作為待形成的P-N結(jié)光電二極管的第一區(qū)域。隨后，第一淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)和第二STI結(jié)構(gòu)由襯底的前側(cè)形成。圖25示出對(duì)應(yīng)于一些實(shí)施例的橫截面視圖，所述一些實(shí)施例對(duì)應(yīng)于動(dòng)作3502。[0132]在動(dòng)作3504處，將第一摻雜劑植入到襯底中以形成摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)包含襯底內(nèi)的光電二極管摻雜柱和襯底的前側(cè)的浮動(dòng)擴(kuò)散阱。圖26示出對(duì)應(yīng)于一些實(shí)施例的橫截面視圖，所述一些實(shí)施例對(duì)應(yīng)于動(dòng)作3504。[0133]在動(dòng)作3506處，摻雜橫向隔離區(qū)形成于光電二極管與像素裝置區(qū)之間，且摻雜垂直隔離區(qū)由襯底的前側(cè)形成。圖27示出對(duì)應(yīng)于一些實(shí)施例的橫截面視圖，所述一些實(shí)施例對(duì)應(yīng)于動(dòng)作3506。[0134]在動(dòng)作3508處，垂直柵極溝槽經(jīng)形成從襯底的前側(cè)延伸。一對(duì)摻雜區(qū)可形成于垂直柵極溝槽下方。圖28示出對(duì)應(yīng)于一些實(shí)施例的橫截面視圖，所述一些實(shí)施例對(duì)應(yīng)于動(dòng)作[0135]在動(dòng)作3510處，轉(zhuǎn)移柵極電極和用于像素裝置(例如源極跟隨器晶體管、復(fù)位晶體管和/或行選擇晶體管)的柵極結(jié)構(gòu)形成于襯底的前側(cè)上方。用于像素裝置的柵極結(jié)構(gòu)形成于STI結(jié)構(gòu)之間?？赏ㄟ^(guò)將柵極介電膜和柵極電極膜沉積在襯底上方來(lái)形成柵極結(jié)構(gòu)。柵極介電膜和柵極電極膜隨后經(jīng)圖案化以形成柵極介電層和柵極電極。側(cè)壁間隔物可形成于柵極電極的外部側(cè)壁上。圖29示出對(duì)應(yīng)于一些實(shí)施例的橫截面視圖，所述一些實(shí)施例對(duì)應(yīng)于動(dòng)作3510。[0136]在動(dòng)作3512處，執(zhí)行多種植入工藝。在襯底的前側(cè)內(nèi)執(zhí)行植入工藝以沿轉(zhuǎn)移柵極電極的一側(cè)形成浮動(dòng)擴(kuò)散阱。在用于像素裝置的柵極結(jié)構(gòu)的旁側(cè)形成S/D區(qū)。圖30示出對(duì)應(yīng)于一些實(shí)施例的橫截面視圖，所述一些實(shí)施例對(duì)應(yīng)于動(dòng)作3512。[0137]在動(dòng)作3514處，包括布置在ILD層內(nèi)的多個(gè)金屬內(nèi)連層的BEOL金屬化堆疊可形成于襯底的前側(cè)上方。圖31示出對(duì)應(yīng)于一些實(shí)施例的橫截面視圖，所述一些實(shí)施例對(duì)應(yīng)于動(dòng)作3514。[0138]在動(dòng)作3516處，襯底經(jīng)翻轉(zhuǎn)以在與前側(cè)相對(duì)的背側(cè)上進(jìn)一步處理。襯底經(jīng)薄化且可暴露出P-N結(jié)光電二極管摻雜柱的背側(cè)。圖32示出對(duì)應(yīng)于一些實(shí)施例的橫截面視圖，所述一些實(shí)施例對(duì)應(yīng)于動(dòng)作3516。[0139]在動(dòng)作3518處，選擇性地蝕刻襯底以在襯底的背側(cè)內(nèi)形成深溝槽隔離結(jié)構(gòu)。圖33示出對(duì)應(yīng)于一些實(shí)施例的橫截面視圖，所述一些實(shí)施例對(duì)應(yīng)于動(dòng)作3518。[0140]在動(dòng)作3520處，濾色器和微透鏡形成于半導(dǎo)體襯底的背側(cè)上方。圖34示出對(duì)應(yīng)于一些實(shí)施例的橫截面視圖，所述一些實(shí)施例對(duì)應(yīng)于動(dòng)作3520。感器具有將光電二極管與像素裝置分離的摻雜隔離結(jié)構(gòu)。DTI結(jié)構(gòu)包括填塞深溝槽的側(cè)壁表面的摻雜層以及填充深溝槽的其余空間的介電層。通過(guò)形成直接地上覆DTI結(jié)構(gòu)的所公開(kāi)的像素裝置，減少較短溝道效應(yīng)，這是因?yàn)橛糜谙袼匮b置的空間且還因?yàn)橄袼匮b置下面底具有第一摻雜類(lèi)型且具有前側(cè)和與所述前側(cè)相對(duì)的背側(cè)。光電二極管摻雜區(qū)具有與所述第一摻雜類(lèi)型相對(duì)的第二摻雜類(lèi)型且安置于所述襯底內(nèi)。垂直轉(zhuǎn)移柵極電極從所述襯底的前側(cè)垂直地延伸到所述襯底內(nèi)的第一位置且通過(guò)柵極介電質(zhì)與所述襯底分離。摻雜橫向隔離區(qū)安置于所述光電二極管摻雜區(qū)上。像素裝置阱安置于所述摻雜橫向隔離區(qū)上。像素裝置安置于所述襯底的所述前側(cè)處的所述像素裝置阱上，所述像素裝置包括安置于所述襯底上的柵極電極以及安置于所述襯底內(nèi)的一對(duì)源極/漏極(S/D)區(qū)。[0143]在一些實(shí)施例中，所述的CMOS圖像傳感器進(jìn)一步包括：摻雜垂直隔離區(qū)，從所述襯底的所述前側(cè)垂直地延伸并到達(dá)所述摻雜橫向隔離區(qū)上；其中所述摻雜垂直隔離區(qū)及所述摻雜橫向隔離區(qū)將所述像素裝置阱與所述光電二極管摻雜區(qū)分離。在一些實(shí)施例中，所述摻雜垂直隔離區(qū)及所述摻雜橫向隔離區(qū)將所述像素裝置阱與所述光電二極管摻雜區(qū)分離。在一些實(shí)施例中，所述的CMOS圖像傳感器進(jìn)一步包括：浮動(dòng)擴(kuò)散阱，安置于與所述摻雜垂直隔離區(qū)相對(duì)的所述垂直轉(zhuǎn)移柵極電極的另一側(cè)上的所述襯底內(nèi)。在一些實(shí)施例中，所述浮動(dòng)擴(kuò)散阱具有從所述襯底的所述前側(cè)處的頂面到遠(yuǎn)離所述襯底的所述前側(cè)的底面的呈梯度減小的摻雜濃度。在一些實(shí)施例中，所述的CMOS圖像傳感器進(jìn)一步包括：淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)，位于所述像素裝置與所述垂直轉(zhuǎn)移柵極電極之間，從所述襯底的所述前側(cè)延伸到所述像素裝置阱內(nèi)的位置。在一些實(shí)施例中，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)具有底面，所述底面定位在比所述摻雜橫向隔離區(qū)的位置更淺的所述襯底內(nèi)的位置處。在一些實(shí)施例中，所述像素裝置的所述源極/漏極區(qū)具有底面，所述底面定位在高于所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的所述底面的所述襯底的位置處。在一些實(shí)施例中，所述的CMOS圖像傳感器進(jìn)一步包括：第一VTX摻雜區(qū)，包圍所述垂直轉(zhuǎn)移柵極電極的下部部分；以及第二VTX摻雜區(qū)，安置于所述第一VTX摻雜區(qū)下面且鄰接所述第一VTX摻雜區(qū)；其中所述第二VTX摻雜區(qū)具有與所述第一VTX摻雜區(qū)相對(duì)的摻雜類(lèi)型。在一些實(shí)施例中，所述第一VTX摻雜區(qū)及所述第二VTX摻雜區(qū)具有與所述光電二極管摻雜區(qū)的側(cè)壁表面垂直對(duì)準(zhǔn)的側(cè)壁表面。在一些實(shí)施例中，所述摻雜橫向隔離區(qū)及所述像素裝置阱具有所述第一摻雜類(lèi)型。在一些實(shí)施例中，所述像素裝置是源極跟隨器晶體管、復(fù)位晶體管或行選擇晶體管。在一些實(shí)施例中，所述光電二極管摻雜區(qū)及所述襯底在P-N結(jié)的界面處接合且被配置成將輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。在一些實(shí)施例中，所述輻射從所述襯底的所述背側(cè)進(jìn)入。在一些實(shí)施例中，所述的CMOS圖像傳感器進(jìn)一步包括：深溝槽隔離(DTI)結(jié)構(gòu)，包圍所述光電二極管摻雜區(qū)且通過(guò)所述襯底與所述光電二極管摻雜區(qū)分離；其中所述光電二極管摻雜區(qū)的頂面及所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的頂面是共面的，且所述光電二極管摻雜區(qū)的底面及所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的底面是共面的。[0144]在一些替代實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種CMOS圖像傳感器。圖像傳感器包括p型襯底，所述p型襯底具有前側(cè)以及與所述前側(cè)相對(duì)的背側(cè)。n型光電二極管區(qū)安置于所述p型襯底內(nèi)且與所述p型襯底直接接觸。垂直轉(zhuǎn)移柵極電極從所述p型襯底的所述前側(cè)垂直地延伸到所述p型襯底內(nèi)的第一位置且通過(guò)柵極介電質(zhì)與所述p型襯底離。p型橫向隔離區(qū)安置于所述n型光電二極管區(qū)上。p型垂直隔離區(qū)從所述p型襯底的所述前側(cè)垂直地延伸且到達(dá)所述p型橫向隔離區(qū)上。[0145]在一些實(shí)施例中，所述的CMOS圖像傳感器進(jìn)一步包括：深溝槽隔離(DTI)結(jié)構(gòu)，包圍所述n型光電二極管區(qū)但通過(guò)所述p型襯底與所述n型光電二極管區(qū)分離；其中所述p型橫向隔離區(qū)與所述n型光電二極管區(qū)、所述p型襯底以及所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)直接接觸，且沿所述n型光電二極管區(qū)、所述p型襯底以及所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)橫向地延伸。在一些實(shí)施例中，所述p型橫向隔離區(qū)及所述p型垂直隔離區(qū)具有大體上相同的摻雜濃度，所述摻雜濃度大于所述p型襯底的濃度的10倍。在一些實(shí)施例中，所述的CMOS圖像傳感器進(jìn)一步包括：p型像素裝置阱，安置于所述p型橫向隔離區(qū)上；以及像素裝置，安置于所述p型襯底的所述前側(cè)處的所述p型像素裝置阱上，所述像素裝置包括安置于所述p型襯底上的柵極電極以及安置于所述p型襯底內(nèi)的一對(duì)源極/漏極(S/D)區(qū)。[0146]在其它實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種形成圖像傳感器的方法。方法包括從襯底的前側(cè)在像素區(qū)的外周處形成淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)以及從襯底的所述前側(cè)形成所述像素區(qū)的光電二極管的光電二極管摻雜區(qū)。所述方法進(jìn)一步包括在所述光電二極管摻雜區(qū)及所述襯底上形成摻雜橫向隔離區(qū)和摻雜垂直隔離區(qū)，以及在所述摻雜垂直隔離區(qū)旁邊形成垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)以及在與所述摻雜垂直隔離區(qū)相對(duì)的所述垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)的一側(cè)處形成浮動(dòng)擴(kuò)散阱。所述方法進(jìn)一步包括在與所述垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)相對(duì)的所述摻雜垂直隔離區(qū)的一側(cè)上的所述襯底的所述前側(cè)上形成像素裝置以及形成深溝槽隔離(DTI)結(jié)構(gòu)，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)從所述襯底的背側(cè)延伸到襯底中，包圍所述光電二極管摻雜區(qū)且通過(guò)所述襯底與所述光電二極管摻雜區(qū)分離。[0147]前文概述若干實(shí)施例的特征使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員可更好