專利名稱：圖像傳感器和其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器和其制造方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是用于將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號的半導(dǎo)體器件。圖像傳感器可以大 致分類為電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器 (CIS)。 在圖像傳感器的制造期間，可以利用離子注入在襯底中形成光電二極管。隨著為 了在不增大芯片尺寸的情況下增加像素?cái)?shù)量而減小光電二極管的大小，也減小了光接收部 分的面積，由此導(dǎo)致圖像質(zhì)量的下降。 此外，由于堆疊高度的減小不及光接收部分的面積的減小，入射到光接收部分的 光子的數(shù)量還由于稱為艾里斑(Airy disk)的光的衍射而減小。 作為克服這種缺陷的選擇，已經(jīng)進(jìn)行利用非晶硅(Si)形成光電二極管，或利用諸 如晶圓間鍵合的方法在硅(Si)襯底中形成讀出電路并在該讀出電路上和/或上方形成光 電二極管(被稱為"三維(3D)圖像傳感器")的嘗試。光電二極管通過金屬互聯(lián)與讀出電 路連接。 在相關(guān)技術(shù)中，存在由連接讀出電路和光電二極管的接觸插塞(contact plug)造 成光電二極管中發(fā)生電短路的限制。 另外，因?yàn)檗D(zhuǎn)移晶體管的源極和漏極用N型雜質(zhì)重?fù)诫s，所以出現(xiàn)電荷分享現(xiàn)象。 當(dāng)出現(xiàn)電荷分享現(xiàn)象時(shí)，輸出圖像的靈敏度降低，并可能產(chǎn)生圖像錯(cuò)誤。此外，因?yàn)楣怆姾?不在光電二極管和讀出電路之間容易地移動(dòng)，所以產(chǎn)生暗電流和/或飽和度和靈敏度下 降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種圖像傳感器和其制造方法，所述圖像傳感器能夠阻止連 接讀出電路和圖像感測器件的接觸插塞中發(fā)生電短路。 實(shí)施例還提供一種圖像傳感器和其制造方法，該圖像傳感器在增加填充因數(shù)的同 時(shí)不發(fā)生電荷分享。 實(shí)施例還提供一種圖像傳感器和其制造方法，該圖像傳感器能夠通過形成光電荷 在光電二極管和讀出電路之間的平順轉(zhuǎn)移路徑來使暗電流源最小以及阻止飽和度減少和 靈敏度劣化。 在一個(gè)實(shí)施例中，圖像傳感器包括在第一襯底處的讀出電路；在第一襯底上的 層間電介質(zhì)；在層間電介質(zhì)中的互連，互連電氣連接到讀出電路；互連上的圖像感測器件， 該圖像感測器件包括第一導(dǎo)電型層和第二導(dǎo)電型層；以及接觸，將圖像感測器件的第一導(dǎo) 電型層和互連電氣連接。接觸通過去除第二導(dǎo)電層的圍繞接觸的部分與第二導(dǎo)電型層隔 離。
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在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種用于制造圖像傳感器的方法，包括在第一襯底 處形成讀出電路；在第一襯底上形成層間電介質(zhì)，以及在層間電介質(zhì)中形成電氣連接到讀 出電路的互連；在互連上形成包括第一導(dǎo)電型層和第二導(dǎo)電型層的圖像感測器件；形成將 圖像感測器件的第一導(dǎo)電型層連接到互連的接觸；以及去除第二導(dǎo)電型層圍繞接觸的部 分。 在下面的附圖和描述中闡述了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。根據(jù)描述和附圖、以及 權(quán)利要求，其它特征將變得明顯。


圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的圖像傳感器的截面圖。 圖2到圖9是示出根據(jù)第一實(shí)施例的用于制造圖像傳感器的方法的截面圖。
圖10是根據(jù)第二實(shí)施例的圖像傳感器的截面圖。
具體實(shí)施例方式
下文中，將參考附圖描述圖像傳感器和其制造方法的實(shí)施例。 在實(shí)施例的描述中，應(yīng)理解當(dāng)提到層(或膜)在另一層或襯底"上"時(shí)，可直接位 于另一層或襯底上，或還可能存在中間層。此外，應(yīng)理解當(dāng)提到層在另一層"下"時(shí)，其可以 直接位于另一層之下，或還可能存在一個(gè)或多個(gè)中間層。另外，還應(yīng)理解當(dāng)提到層位于兩層 "之間"時(shí)，其可以是兩層之間唯一的層，或還可能存在一個(gè)或多個(gè)中間層。
圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的圖像傳感器的截面圖。 參考圖l，根據(jù)第一實(shí)施例的圖像傳感器包括在第一襯底100中形成的讀出電路 120 (見圖3);設(shè)置在第一襯底100上方的中間電介質(zhì)160 ;電氣連接到讀出電路120的互連 150，互連150設(shè)置在中間電介質(zhì)160的上方；包括第一導(dǎo)電型層214和第二導(dǎo)電型層216 的圖像感測器件210，圖像感測器件210設(shè)置在互連150上方；以及將圖像感測器件210的 第一導(dǎo)電型層214和互連150相電氣連接的接觸230。 圖像感測器件210可以是光電二極管，但不限于此，可以是光門，或光電二極管和 光門的組合。作為示例，實(shí)施例包括在晶體半導(dǎo)體層中形成的光電二極管。然而，實(shí)施例不 限于此，并可以包括例如在非晶半導(dǎo)體層中形成的光電二極管。 下面將參考示出用于制造圖像傳感器的方法的圖描述圖1中未說明的附圖標(biāo)記。
下文中，將參考圖2到圖13描述根據(jù)第一實(shí)施例的用于制造圖像傳感器的方法。
圖2是示出形成有互連150的第一襯底100的截面圖，以及圖3是圖2的第一襯 底的詳細(xì)視圖。下文中，將參考圖3進(jìn)行詳細(xì)描述。 如圖3所示，通過在第一襯底100中形成器件隔離層110限定有源區(qū)。讀出電路 120可以包括轉(zhuǎn)移晶體管(Tx)121、復(fù)位晶體管(Rx)123、驅(qū)動(dòng)晶體管(Dx) 125以及選擇晶 體管(Sx)127?？梢孕纬砂ㄡ槍γ總€(gè)晶體管的源/漏區(qū)133、135和137和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū) (FD)131的離子注入?yún)^(qū)130。 根據(jù)實(shí)施例，可以在第一襯底100上形成電結(jié)區(qū)140，并可以在電結(jié)區(qū)140的上部 形成電氣連接到互連150的第一導(dǎo)電連接147。 例如，電結(jié)區(qū)140可以是P-N結(jié)140，但不限于此。例如，電結(jié)區(qū)140可以包括在第二導(dǎo)電型阱141或第二導(dǎo)電型外延層上形成的第一導(dǎo)電型離子注入層143，以及在第一導(dǎo)電型離子注入層143上形成的第二導(dǎo)電型離子注入層145。例如，如圖2所示，P-N結(jié)140可以是P0(145)/N-(143)/P-(141)結(jié)，但實(shí)施例不限于此。第一襯底100可以是第二導(dǎo)電型襯底，但不限于此。 根據(jù)實(shí)施例，器件被設(shè)計(jì)為在轉(zhuǎn)移晶體管(Tx)的源極和漏極之間提供電勢差，由此使得光電荷能夠完全傾卸(dumping)。因此，在光電二極管中產(chǎn)生的光電荷被傾卸到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)，由此增加輸出圖像靈敏度。 具體地，在光電二極管210產(chǎn)生的電子被轉(zhuǎn)移到PNP結(jié)140，并且當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管
(Tx) 121導(dǎo)通時(shí)所述電子被轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散(FD) 131結(jié)點(diǎn)，以轉(zhuǎn)換為電壓。 PO/N-/P-結(jié)140的最大電壓變?yōu)樗ü屉妷?pinning voltage) ，F(xiàn)D 131結(jié)點(diǎn)的最
大電壓變?yōu)閂dd減去復(fù)位晶體管(Rx)的閾值電壓(Vth)。因此，由于Tx 121的源極和漏極
之間的電勢差，在沒有電荷分享的情況下，在芯片上光電二極管210中產(chǎn)生的電子能夠被
全部傾卸到FD 131結(jié)點(diǎn)。 由此，不同于相關(guān)技術(shù)的將光電二極管簡單連接到N+結(jié)的情況，本發(fā)明的實(shí)施例使得能夠阻止飽和度降低和靈敏度劣化。 可以在光電二極管和讀出電路之間形成第一導(dǎo)電連接147，以創(chuàng)建光電荷的平順
轉(zhuǎn)移路徑，因而使得能夠使暗電流源最小，并阻止飽和度降低和靈敏度劣化。 為此，第一實(shí)施例可以形成N+摻雜區(qū)作為第一導(dǎo)電連接147，以在P0/NVP-結(jié)
140的表面形成歐姆接觸?？尚纬蒒+區(qū)域(147)，使其剌入P0區(qū)域(145)以接觸N-區(qū)域
(143)。 第一導(dǎo)電連接147的寬度可以被最小化以阻止第一導(dǎo)電連接147成為泄漏源。為此，在蝕刻第一金屬接觸151a的接觸孔之后可以進(jìn)行插塞注入，但實(shí)施例不限于此。作為另一示例，可以形成離子注入圖案(未示出)，離子注入圖案可以被用作離子注入掩模以形成第一導(dǎo)電連接147。 接下來，可以在第一襯底100上形成第一層間電介質(zhì)160，并且可以形成互連150?；ミB150可以包括第一金屬接觸151a、第一金屬151、第二金屬152以及第三金屬153，但實(shí)施例不限于此。 第二層間電介質(zhì)162形成在互連150上。例如，第二層間電介質(zhì)162可以由諸如氧化物層或氮化物層的電介質(zhì)形成。第二層間電介質(zhì)162增加設(shè)置有圖像感測器件210和第一襯底100的第二襯底(未示出)的鍵合力。 參考圖4，在第二層間電介質(zhì)162上形成包括第一導(dǎo)電型層214和第二導(dǎo)電型層
216的圖像感測器件210。圖2中示出形成有圖像感測器件210的第一襯底。 根據(jù)實(shí)施例，第二襯底的晶體半導(dǎo)體層可以設(shè)置有包括N-層(214)和P+層(216)
的光電二極管。還可以設(shè)置用于歐姆接觸的第一導(dǎo)電型層212的N+層。第二襯底可以被
鍵合到第一襯底和設(shè)置在第一襯底上的光電二極管。 之后，可以形成像素間分離層(未示出)，以將圖像感測器件210分離為像素。例如，可以利用像素間分離電介質(zhì)或像素間分離離子注入層形成像素間分離層?？梢栽谛纬山佑|230之后形成像素間分離層。 接下來，參考圖5，可以通過部分去除圖像感測器件210形成曝露互連150的第一
5溝槽Tl。例如，通過利用第一光致抗蝕劑圖案310作為蝕刻掩膜部分地去除圖像感測器件 210和第二層間電介質(zhì)162，可以曝露互連150的上部。可以通過干法蝕刻或濕法蝕刻進(jìn)行 用于形成第一溝槽T1的蝕刻?？梢赃M(jìn)行第二蝕刻以分別蝕刻圖像感測器件210和第二層 間電介質(zhì)162。 接下來，參考圖6，可以去除第一光致抗蝕劑圖案310，并且可以形成接觸230以填 充第一溝槽T1。例如，在于第一溝槽T1的表面上形成阻擋金屬層231之后，可以在阻擋金 屬層231上形成接觸插塞233以填充第一溝槽Tl。阻擋金屬層231可以是由Ti或TiN形 成的單層或雙層，接觸插塞233可以由鎢(W)形成，但實(shí)施例不限于此。
接下來，參考圖7，可以在圖像感測器件210上形成第二光致抗蝕劑圖案320以去 除圖像感測器件210的第二導(dǎo)電型層216與接觸230相接觸的一部分。在這種情況下，被 第二光致抗蝕劑圖案320曝露的區(qū)域可以形成得比接觸230的寬度更寬，曝露第二導(dǎo)電型 層216與接觸區(qū)域230相鄰的一部分。 接下來，參考圖8，可以利用第二光致抗蝕劑圖案320作為蝕刻掩膜去除圖像感測
器件210的第二導(dǎo)電型層216與接觸230相接觸的一部分。在這種情況下，可以利用對接
觸230的蝕刻選擇性通過濕法蝕刻去除與接觸230相接觸的第二導(dǎo)電型層216。 隨著圖像感測器件210與接觸230相接觸的第二導(dǎo)電型層216被去除，可以形成
第二溝槽T2以曝露第一導(dǎo)電型層214和接觸230的部分。之后，去除第二光致抗蝕劑圖案
320。 根據(jù)實(shí)施例的用于制造圖像傳感器的方法能夠通過去除與接觸插塞相接觸的第 二導(dǎo)電型層來阻止連接讀出電路和圖像傳感器件的接觸插塞中的電短路，使得在剌入圖像 感測器件的接觸插塞中不發(fā)生電短路。 接下來，參考圖9，可以在第二溝槽T2中形成諸如氧化物層和氮化物層的電介質(zhì) 250，以更可靠地阻止接觸插塞和第二導(dǎo)電型層216的短路。
之后，可以對第二導(dǎo)電型層216進(jìn)行接地處理。 圖10是根據(jù)第二實(shí)施例的圖像傳感器的截面圖，以及包括在其中形成的互連150 的第一襯底的詳細(xì)視圖。 第二實(shí)施例可以采用第一實(shí)施例的技術(shù)特征。 不同于第一實(shí)施例，在電結(jié)區(qū)140的一側(cè)形成第一導(dǎo)電連接148。 可以在PO/N-/P-結(jié)140形成N+連接區(qū)148以進(jìn)行歐姆接觸。在這種情況下，在
N+連接區(qū)148和第一金屬接觸151a的形成工序期間可能產(chǎn)生泄露源。 此夕卜，當(dāng)在PO/N-/P-結(jié)140上方形成N+連接區(qū)148時(shí)，由于N+/PO結(jié)148/145，可
以額外產(chǎn)生電場。該電場也可以變成泄漏源。 因此，第二實(shí)施例提出這樣的布局在有源區(qū)中形成第一接觸插塞151a，所述有 源區(qū)不摻雜PO層而具有電氣連接到N-結(jié)143的N+連接區(qū)148。 根據(jù)第二實(shí)施例，不在硅表面上和/或上方產(chǎn)生電場，這可以有助于減少整合了 CIS的3D的暗電流。 本說明書中提到的"一個(gè)實(shí)施例"、"實(shí)施例"、"示例性實(shí)施例"等意味著結(jié)合該實(shí) 施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。這種詞語在本說明 書中各種位置的出現(xiàn)不一定全部代表同一實(shí)施例。此外，當(dāng)結(jié)合任何實(shí)施例描述具體特征、結(jié)構(gòu)或特性時(shí)，認(rèn)為結(jié)合其它實(shí)施例實(shí)現(xiàn)該特征、結(jié)構(gòu)或特性是在本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解 范圍內(nèi)。 盡管參考多個(gè)示范實(shí)施例描述了實(shí)施例，應(yīng)理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可提出落入本發(fā) 明的原理的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的多種其它變型和實(shí)施例。更具體地，本公開、附圖和所附的權(quán)利 要求書的范圍內(nèi)，主題組合排列的組成部分和/或排列中可能有各種變化和變型。除了對 組成部分和/或排列的變化和變型外，替換用途對于本領(lǐng)域技術(shù)人員也將是明顯的。
權(quán)利要求
一種圖像傳感器，包括在第一襯底處的讀出電路；在第一襯底上的層間電介質(zhì)；在層間電介質(zhì)中的互連，所述互連電氣連接到所述讀出電路；所述互連上的圖像感測器件，所述圖像感測器件包括第一導(dǎo)電型層和第二導(dǎo)電型層；以及接觸，將所述圖像感測器件的第一導(dǎo)電型層和所述互連電氣連接，其中，所述圖像感測器件的第二導(dǎo)電型層的與所述接觸相接觸的部分被去除。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中，所述接觸被設(shè)置在穿過所述圖像感測器件、曝露所述互連的第一溝槽中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中，所述接觸包括在所述第一溝槽的表面上形成的阻擋金屬層；以及所述阻擋金屬層上的接觸插塞，所述接觸插塞填充所述第一溝槽。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，還包括通過去除所述圖像感測器件的第二導(dǎo)電型層的與所述接觸相接觸的一部分而形成的第二溝槽中的電介質(zhì)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，還包括電氣連接到所述在第一襯底處的讀出電路的電結(jié)區(qū)，其中所述電結(jié)區(qū)包括第一襯底處的第一導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)；以及第一導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)上的第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，其中所述讀出電路包括晶體管，其中所述電結(jié)區(qū)設(shè)置在所述晶體管的源極處，由此在所述晶體管的源極和漏極之間設(shè)置電勢差。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，還包括位于所述電結(jié)區(qū)和所述互連之間的第一導(dǎo)電型連接，以將所述電結(jié)區(qū)電氣連接到所述互連，其中，第一導(dǎo)電型連接設(shè)置在所述電結(jié)區(qū)的上部。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，還包括位于所述電結(jié)區(qū)和所述互連之間的第一導(dǎo)電型連接，以將所述電結(jié)區(qū)電氣連接到所述互連，其中所述第一導(dǎo)電型連接設(shè)置在所述電結(jié)區(qū)的側(cè)部。
9. 一種用于制造圖像傳感器的方法，所述方法包括在第一襯底處形成讀出電路；在第一襯底上形成層間電介質(zhì)，以及在所述層間電介質(zhì)中形成電氣連接到所述讀出電路的互連；在所述互連上形成包括第一導(dǎo)電型層和第二導(dǎo)電型層的圖像感測器件；形成將所述圖像感測器件的第一導(dǎo)電型層連接到所述互連的接觸；以及去除第二導(dǎo)電型層圍繞所述接觸的部分。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括在通過去除第二導(dǎo)電型層的部分而形成的第二溝槽中形成電介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圖像傳感器和其制造方法。圖像傳感器包括讀出電路、層間電介質(zhì)、互連、圖像感測器件以及接觸。讀出電路形成在第一襯底處。層間電介質(zhì)形成在第一襯底上?；ミB形成在層間電介質(zhì)中。互連電氣連接到讀出電路。圖像感測器件形成在互連上。圖像感測器件包括第一導(dǎo)電型層和第二導(dǎo)電型層。接觸電氣連接圖像感測器件的第一導(dǎo)電型層和互連。接觸通過在第二導(dǎo)電層中形成的圍繞接觸的溝槽與第二導(dǎo)電型層隔離。
文檔編號H04N5/335GK101715075SQ20091017856
公開日2010年5月26日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
發(fā)明者黃 俊 申請人:東部高科股份有限公司