專利名稱：圖像傳感裝置、其形成方法及半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置及其形成方法，且特別涉及一種圖像傳感裝 置及其形成方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體技術(shù)中，圖像傳感器可用來傳感投射至半導(dǎo)體基底的光線。互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal oxide semiconductor, CMOS)圖像傳感器與電荷耦合裝置(CCD)傳感器已被廣泛地應(yīng)用在各方面，例如 數(shù)碼相機(jī)(digital still camera)。這些傳感器利用像素(pixel)陣列(array) 或圖像傳感元件來接受光能量以將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，像素陣列或圖像傳 感元件可包括發(fā)光二極管及MOS晶體管。然而，圖像傳感裝置面臨了串音干擾(cross-talk)的問題。以圖像傳感 元件為目標(biāo)的光與光產(chǎn)生的電信號(hào)可能會(huì)散布至鄰近的圖像傳感元件，此現(xiàn) 象引起了串音干擾。串音干擾會(huì)降低空間解析度(spatial resolution)及感光 度，并導(dǎo)致不良的分色(color separation)。因此，目前需要一種簡(jiǎn)單且具有成本效益的裝置及其形成方法，用以降 低圖像傳感裝置中的串音干擾。發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種可以改善串音干擾現(xiàn)象的圖 像傳感裝置及其形成方法。本發(fā)明提供一種圖像傳感裝置，包括半導(dǎo)體基底，其具有第一類型導(dǎo) 電性；半導(dǎo)體層，其具有該第一類型導(dǎo)電性，該半導(dǎo)體層在該半導(dǎo)體基底上 方；以及多個(gè)像素，在該半導(dǎo)體層中；其中該半導(dǎo)體層包括第一深阱區(qū)及第 二深阱區(qū)，該第一深阱區(qū)具有該第一類型導(dǎo)電性，該第一深阱區(qū)在該多個(gè)像 素下方，該第二深阱區(qū)具有第二類型導(dǎo)電性，該第二類型導(dǎo)電性與該第一類型導(dǎo)電性不同，且該第二深阱區(qū)在該第一深阱區(qū)下方。如上所述的圖像傳感裝置，還包括多個(gè)淺溝槽隔離元件，在該半導(dǎo)體 層中，其中各淺溝槽隔離元件位于該多個(gè)像素之間；以及多個(gè)防護(hù)環(huán)阱區(qū)， 其具有該第一類型導(dǎo)電性，其中各防護(hù)環(huán)阱區(qū)在各淺溝槽隔離元件下方。如上所述的圖像傳感裝置，其中各像素包括感光元件及至少一個(gè)晶體管。如上所述的圖像傳感裝置，該半導(dǎo)體基底具有大于該半導(dǎo)體層的該第一 類型導(dǎo)電類型的摻雜質(zhì)的摻雜濃度。如上所述的圖像傳感裝置，該第一深阱區(qū)的該第一類型導(dǎo)電性的摻雜質(zhì)的慘雜劑量約介于1E11至1E12 atoms/cm2。如上所述的圖像傳感裝置，該第二深阱區(qū)的該第二類型導(dǎo)電性的摻雜質(zhì) 的摻雜劑量約介于1E11至1E13 atoms/cm2。本發(fā)明又提供一種圖像傳感裝置的形成方法，包括提供半導(dǎo)體基底， 其具有第一類型導(dǎo)電性；在該半導(dǎo)體基底上方形成半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層具 有該第一類型導(dǎo)電性；在該半導(dǎo)體層中形成第一深阱區(qū)及第二深阱區(qū)，該第 一深阱區(qū)在該第二深阱區(qū)上方；以及在該半導(dǎo)體層中形成多個(gè)像素，該多個(gè) 像素在該第一深阱區(qū)上方；其中該第一深阱區(qū)的形成包括使該第一深阱區(qū)具 有該第一類型導(dǎo)電性，該第二深阱區(qū)的形成包括使該第二深阱區(qū)具有第二類 型導(dǎo)電性，該第二類型導(dǎo)電性與該第一類型導(dǎo)電性不同。如上所述的圖像傳感裝置的形成方法，其中該半導(dǎo)體層的形成方法包括 外延成長(zhǎng)外延層，該外延層的該第一類型導(dǎo)電性的摻雜質(zhì)的摻雜濃度低于該 半導(dǎo)體基底的該第一類型導(dǎo)電性的摻雜質(zhì)的摻雜濃度。如上所述的圖像傳感裝置的形成方法，其中該第一深阱區(qū)的形成方法包 括進(jìn)行離子注入工藝，且注入能量約介于1000至2000 KeV，該第一類型導(dǎo) 電性的摻雜質(zhì)的慘雜劑量約介于1E11至1E12 atoms/cm2。如上所述的圖像傳感裝置的形成方法，其中該第二深阱區(qū)的形成方法包 括進(jìn)行離子注入工藝，且注入能量約介于2000至4000 KeV，該第二類型導(dǎo) 電性的摻雜質(zhì)的摻雜劑量約介于1E11至1E13 atoms/cm2。本發(fā)明另提供一 種半導(dǎo)體裝置，包括基底，其具有第一類型摻雜質(zhì)；材料層，其具有該第 一類型摻雜質(zhì)，該材料層在該基底上方；以及多個(gè)傳感元件，在該材料層中；其中該材料層包括第一深阱區(qū)及第二深阱區(qū)，該第一深阱區(qū)具有該第一類型 摻雜質(zhì)，該第一深阱區(qū)在該多個(gè)傳感元件下方，該第二深阱區(qū)具有第二類型 摻雜質(zhì)，該第二類型慘雜質(zhì)與該第一類型摻雜質(zhì)不同，該第二深阱區(qū)在該第 一深阱區(qū)下方。如上所述的半導(dǎo)體裝置，其中各傳感元件包括光二極管及至少一個(gè)晶體管。如上所述的半導(dǎo)體裝置，其中該基底的該第一類型摻雜質(zhì)的濃度大于該 材料層的該第一類型摻雜質(zhì)的濃度。如上所述的半導(dǎo)體裝置，還包括多個(gè)隔離元件，在該材料層中以使該 多個(gè)傳感元件互相隔離；以及多個(gè)防護(hù)環(huán)阱區(qū)，各防護(hù)環(huán)阱區(qū)環(huán)繞各隔離元 件。本發(fā)明提供高效率且有成本效益的裝置及其形成方法，可以降低串音干擾。


圖1顯示本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器的俯視圖；圖2顯示公知遭受串音干擾的圖像傳感器的剖面圖；圖3顯示本發(fā)明實(shí)施例的可降低串音干擾的圖像傳感器的制作方法流程圖；及圖4A至圖4D顯示本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器的制造工藝剖面圖；以圖5顯示本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器沿著其深度測(cè)量的電位圖表。 其中，附圖標(biāo)記說明如下 10、 100、 205 圖像傳感器； 120、 215 半導(dǎo)體基底; 140、 235 隔離元件； 160 發(fā)光二極管；162 重?fù)诫sp型區(qū)；171、 281 柵電極； 180、 290 光電子； 190'50、 110、 271 130 p型外延層； 150 防護(hù)環(huán)p型阱區(qū)； 161 n型摻雜區(qū)； 170、 280 傳導(dǎo)柵極晶體管; 172、 282 間隙壁；處 '百IJ頭;200 方法；210、 220、 230、 240、 250236 有源區(qū)；246、 256 深阱區(qū)；275 發(fā)光二極管；277 固定層；410 縱軸；430、 450 耗盡區(qū)；225 半導(dǎo)體層； 260、 270 步驟；245、 255 離子注入; 265 防護(hù)環(huán)阱區(qū)； 276 摻雜區(qū)；400 圖表； 420 橫軸；440 較深的像素區(qū)。
具體實(shí)施方式
以下將通過實(shí)施例說明本發(fā)明的概念，各個(gè)實(shí)施例僅作為舉例說明的用 途，并非用以限定本發(fā)明的范圍。在附圖或描述中，相似或相同的部分將使 用相似或相同的標(biāo)號(hào)。在附圖中，元件的形狀或厚度可擴(kuò)大或縮小。圖中未 顯示或描述的元件，可為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知的形式。此外，當(dāng)敘述一 個(gè)層位于基板或另一層上時(shí)，此層可直接位于基板或是另一層上，或是其間 也可以有中介層。請(qǐng)參照?qǐng)D1，其顯示本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器的俯視圖。圖像傳感器 IO包括以格柵(grid)或陣列排列的像素50，像素50也可被稱為圖像傳感 元件?？稍卩徑袼?0的陣列之處提供額外的電路及輸入/輸出，用以提供 這些像素操作環(huán)境與對(duì)外的連接。圖像傳感器10可包括電荷耦合裝置(CCD) 傳感器、互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器、有源像素傳感器、 無源像素傳感器。圖像傳感器IO可以是正面或背面照光型傳感器。請(qǐng)參照?qǐng)D2，其顯示公知遭受串音干擾的圖像傳感器100的剖面圖。為 了說明上的清楚與簡(jiǎn)明易懂，圖中僅顯示圖像傳感器100的一個(gè)像素單元 110。圖像傳感器IOO包括半導(dǎo)體基底120。半導(dǎo)體基底120可包括結(jié)晶硅基 底。在本例中，半導(dǎo)體基底120是重?fù)诫s的p型硅基底。圖像傳感器100還 包括輕摻雜的p型外延層130， p型外延層130形成在p型硅基底120上方。 圖像傳感器100還包括多個(gè)隔離元件140用以隔離半導(dǎo)體基底120上的各像 素，隔離元件140例如是淺溝槽隔離(STI)元件。隔離元件140也可以隔 離其他在半導(dǎo)體基底120上的微電子裝置。圖像傳感器100還包括防護(hù)環(huán)(guard-ring) p型阱區(qū)(p-well) 150，防護(hù)環(huán)p型阱區(qū)150大致在隔離元件 140下方。像素110包括發(fā)光二極管160，發(fā)光二極管160用以傳感投射至像素的 光線。發(fā)光二極管160包括形成在p型外延層130中的n型摻雜區(qū)161以及 在n型摻雜區(qū)161表面上的重?fù)诫sp型區(qū)162，其中重?fù)诫sp型區(qū)162也被 稱為p型固定層(pinned layer)。據(jù)此，P-N-P結(jié)(junction)區(qū)構(gòu)成了發(fā)光 二極管160的感光區(qū)，其中P-N-P結(jié)區(qū)也稱為耗盡區(qū)。像素110還包括傳導(dǎo) 柵極晶體管(tmnsfer gate transistor) 170，傳導(dǎo)柵極晶體管170具有形成在p型 外延層130上方的柵電極171。傳導(dǎo)柵極晶體管170還包括形成在柵電極171 上方的間隙壁172。傳導(dǎo)柵極晶體管170另外包括其他如源極區(qū)與漏極區(qū)的 元件，在此不加贅述。當(dāng)圖像傳感器運(yùn)行時(shí)，入射光被導(dǎo)向像素110且到達(dá)發(fā)光二極管160。 到達(dá)發(fā)光二極管160的光可產(chǎn)生光電荷或光電子(e) 180，這些光電子被聚 集及儲(chǔ)存于感光區(qū)。這些光電子通過傳導(dǎo)柵極晶體管170被傳遞且轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號(hào)。光電子產(chǎn)生的數(shù)量與光的強(qiáng)度(即感光區(qū)中光子被吸收的數(shù)量)成 正比。然而，當(dāng)各像素之間的間隔越來越窄時(shí)， 一些由波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光產(chǎn)生的 光電子180可能會(huì)經(jīng)由外延層130散布至鄰近的像素，如箭頭190所顯示。 如此，造成了串音干擾。再者，發(fā)光二極管160可聚集及儲(chǔ)存在感光區(qū)中的 光電子有其最大數(shù)量。高強(qiáng)度的光可能產(chǎn)生過多或過剩的光電子，這些過多 的光電子也會(huì)通過外延層130散布至鄰近的像素。因此，當(dāng)像素間距及尺寸 縮小的同時(shí)，串音干擾的問題將更加嚴(yán)重。請(qǐng)參照?qǐng)D3，其顯示本發(fā)明實(shí)施例的可降低串音干擾的圖像傳感器205 的制作方法200流程圖。請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D4A至圖4D，其顯示本發(fā)明實(shí)施例的 圖像傳感器205的制造工藝剖面圖，其制造工藝根據(jù)圖3的方法200。在圖 3及圖4A中，方法200起始于步驟210，首先，提供半導(dǎo)體基底215，半導(dǎo) 體基底215具有第一類型導(dǎo)電性。半導(dǎo)體基底215可包括結(jié)晶硅基底。半導(dǎo) 體基底215可包括其他元素半導(dǎo)體，如鍺。或者，半導(dǎo)體基底215可包括其 他化合物半導(dǎo)體，如碳化硅、砷化鎵、砷化銦或磷化銦。在一個(gè)例子中，半 導(dǎo)體基底215包括具有第一類型導(dǎo)電性的硅，例如p型硅基底?？衫萌鏐 或BF2等的p型摻雜質(zhì)重?fù)诫s硅基底以形成p型硅基底，在此，可通過離子注入或擴(kuò)散工藝對(duì)基底進(jìn)行摻雜。接著，進(jìn)行方法200的步驟220。在半導(dǎo)體基底215上方形成半導(dǎo)體層 225，半導(dǎo)體層225可包括具有第一類型導(dǎo)電性的外延層，例如p型外延層。 可利用外延成長(zhǎng)工藝形成p型外延層。p型外延層具有低于p型硅基底的p 型摻雜質(zhì)濃度。之后，進(jìn)行方法200的步驟230。在半導(dǎo)體層225中形成多個(gè)隔離元件 235，隔離元件235例如為淺溝槽隔離(STI)元件。這些隔離元件235可定 義并隔離半導(dǎo)體層中235的有源區(qū)236，有源區(qū)236可用來形成半導(dǎo)體基底 215上的各種裝置。可通過適用的工藝在p型外延層中形成隔離元件235， 舉例而言，STI元件的制造工藝包括利用光刻技術(shù)圖案化半導(dǎo)體層225; 以等離子體蝕刻法蝕刻半導(dǎo)體層以形成溝槽；以及在溝槽中填入如氧化硅的 介電材料。STI元件還可包括形成在溝槽側(cè)壁的氧化物襯層。接著，進(jìn)行方法200的步驟240。利用離子注入機(jī)進(jìn)行離子注入工藝245， 以在半導(dǎo)體層225中形成深阱區(qū)?？衫玫诙愋蛯?dǎo)電性的摻雜質(zhì)進(jìn)行離子 注入工藝245，其中第二類型導(dǎo)電性不同于第一類型導(dǎo)電性。在一個(gè)例子中， 第二類型導(dǎo)電性的摻雜質(zhì)包括n型摻雜質(zhì)，例如P、 As等。n型摻雜質(zhì)的摻 雜劑量約介于1E11至1E13 atoms/cm2。離子注入機(jī)約提供2000至4000 KeV 的能量以形成深阱區(qū)。如圖4B所示，經(jīng)過離子注入工藝245后，深n型阱 區(qū)246即形成在p型外延層225中。請(qǐng)參照?qǐng)D3及圖4B，進(jìn)行方法200的步驟250。利用離子注入機(jī)進(jìn)行另 一種離子注入工藝255，以在半導(dǎo)體層225中形成另一個(gè)深阱區(qū)。可利用第 一類型導(dǎo)電性的摻雜質(zhì)進(jìn)行離子注入工藝255。在一個(gè)例子中，第一類型導(dǎo) 電性的摻雜質(zhì)包括p型摻雜質(zhì)，例如B、 BF2等。p型摻雜質(zhì)的摻雜劑量約介 于1E11至1E12 atoms/cm2。離子注入機(jī)約提供1000至2000 KeV的能量以 形成深阱區(qū)。如圖4C所示，經(jīng)過離子注入工藝255后，深p型阱區(qū)256即 形成在p型外延層225中。形成深n型阱區(qū)246與深p型阱區(qū)256所使用的注入能量及摻雜劑量取 決于圖像傳感器的設(shè)計(jì)，上述的注入能量及摻雜劑量?jī)H作為舉例說明。深n 型阱區(qū)246大致位在深p型阱區(qū)256下方，且深p型阱區(qū)256大致位在隔離 元件235下方。請(qǐng)參照?qǐng)D3至圖4D，進(jìn)行方法200的步驟260。為了說明上的清楚與簡(jiǎn) 明易懂，圖4D僅顯示圖像傳感器205的一個(gè)像素單元271。在半導(dǎo)體層225 中形成多個(gè)防護(hù)環(huán)阱區(qū)265?？衫秒x子注入機(jī)在隔離元件235上進(jìn)行離子 注入以形成防護(hù)環(huán)阱區(qū)265?？衫?至90度的斜向角度進(jìn)行此離子注入。 在本例中，由于半導(dǎo)體基底215為p型硅基底，因此，可在隔離元件235下 方摻雜如B等的p型摻雜質(zhì)以形成防護(hù)環(huán)p型阱區(qū)265。形成防護(hù)環(huán)阱區(qū)265 所需的注入能量依據(jù)防護(hù)環(huán)阱區(qū)所欲形成的深度來決定。通過調(diào)整不同的離 子注入能量可實(shí)現(xiàn)不同的離子滲入深度，舉例而言，較高的注入能量可在防 護(hù)環(huán)p型阱區(qū)的中央提供較深的注入深度；較低的注入能量則提供較淺的注 入深度，此時(shí)，防護(hù)環(huán)p型阱區(qū)圍繞隔離元件235的側(cè)壁。接著，進(jìn)行進(jìn)行方法200的步驟270。在半導(dǎo)體層225的有源區(qū)236中 形成多個(gè)像素271。為了簡(jiǎn)化說明，本實(shí)施例僅以一個(gè)像素單元271作為示 例。像素271可包括形成在半導(dǎo)體層225中的發(fā)光二極管275，發(fā)光二極管 275用以傳感輻射光。在一個(gè)例子中，發(fā)光二極管275是n型發(fā)光二極管。 發(fā)光二極管275可包括在p型外延層225中的n型摻雜區(qū)276，發(fā)光二極管 275可還包括在n型摻雜區(qū)276表面上的p型固定層277。據(jù)此，P-N-P結(jié) (junction)區(qū)構(gòu)成了發(fā)光二極管275的感光區(qū)，其中P-N-P結(jié)區(qū)也稱為耗盡 區(qū)。其他適用的發(fā)光二極管可參考美國(guó)專利申請(qǐng)案第11/291,880號(hào)(申請(qǐng)?jiān)?為2005年12月1日)?；蛘撸衫闷渌N類的感光元件，例如光柵極或 光晶體管。像素271還可包括傳導(dǎo)柵極晶體管280，傳導(dǎo)柵極晶體管280具有形成 在半導(dǎo)體層225上方的柵電極281。傳導(dǎo)柵極晶體管280還可包括形成柵電 極281上方的間隙壁282。傳導(dǎo)柵極晶體管280可另外包括其他如源極區(qū)與 漏極區(qū)的元件，在此不加贅述。其他微電子元件也可形成在半導(dǎo)體層225中， 以提供像素操作環(huán)境。這些微電子元件可包括復(fù)位柵極晶體管(reset gate transistor)、源極跟隨晶體管(source follower transistor)、行選擇晶體管(row select transistor)或其他晶體管，但不以此為限。圖像傳感器205還可包括多個(gè)內(nèi)連線金屬層(圖中未顯示)以提供圖像 傳感器的各微電子元件之間的電性連接。內(nèi)連線金屬層可包括導(dǎo)電材料，例 如鋁、鋁/硅/銅合金、鈦、氮化鈦、鵒、多晶硅、金屬硅化物(silicide)或其組合。內(nèi)連線金屬層的形成方法包括如濺射法的物理氣相沉積法、化學(xué)氣 相沉積法或其他適用方法?；蛘撸瑑?nèi)連線金屬層可包括銅、銅合金、鈦、氮 化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、多晶硅、金屬硅化物或其組合。這些內(nèi)連線金屬層可形成在層間介電層中，且各內(nèi)連線金屬層之間可通 過層間介電層互相隔離。較佳者，層間介電層為低介電常數(shù)介電材料，例如 介電常數(shù)小于3.5。層間介電層可包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、聚亞酰胺(polyimide)、旋涂式玻璃(SOG)、氟硅玻璃(FSG)、摻雜碳的氧化硅、Black Diamond⑧(加州Santa Clara應(yīng)用化學(xué)公司制造)、干凝膠(Xerogel)、氣凝膠 (Aerogel)、 氟化非晶碳(amorphous fluorinated carbon)、 聚對(duì)二甲基苯 (parylene)、苯并環(huán)丁烯樹脂(BCB， bis-benzocyclobutenes)、 SiLK(美國(guó)Dow Chemical公司制造)及/或其他適用材料。層間介電層的形成方法包括旋涂 (spin-on)法、化學(xué)氣相沉積法、濺射法或其他適用方法?？赏ㄟ^整合工藝形 成內(nèi)連線金屬層及層間介電層，例如鑲嵌(damascene)工藝或光刻/等離子體蝕 刻工藝。圖像傳感器205還可包括彩色濾光片及微透鏡(圖中未顯示)。彩色濾 光片及微透鏡的位置依據(jù)圖像傳感器為正面或背面照光類型而決定。在圖像 傳感器運(yùn)行的過程中，彩色濾光片與微透鏡可過濾輻射光以通過所希望的輻 射光類型(如紅、綠或藍(lán)光)，接著將過濾后的光導(dǎo)向發(fā)光二極管275的感 光區(qū)(P-N-P結(jié)區(qū))。在感光區(qū)中被吸收的輻射光可產(chǎn)生光電荷或光電子(e) 290，發(fā)光二極管275可聚集與儲(chǔ)存光電子290。光電子290產(chǎn)生的數(shù)量與輻 射光的強(qiáng)度成正比。傳導(dǎo)柵極晶體管280可傳遞光電子，并且光電子可通過 其他在半導(dǎo)體基底215上的微電子元件轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。在某些情況下，在像素中產(chǎn)生的光電子2卯會(huì)經(jīng)由半導(dǎo)體層225散布至 鄰近的像素，此現(xiàn)象引起了串音干擾。有些光電子是由波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光產(chǎn)生， 而波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光在發(fā)光二極管275的較深位置被吸收。此外，高強(qiáng)度光將產(chǎn) 生過多或過剩的光電子290，過多的光電子超過了發(fā)光二極管275的電位阱 容量(full well capacity)。值得注意的是，深p型阱區(qū)256與深n型阱區(qū)246 之間的結(jié)區(qū)提供耗盡區(qū)，這些光子可聚集在此耗盡區(qū)中，據(jù)此，像素之間的 串音干擾可有效地減少。深p型阱區(qū)256與深n型阱區(qū)246的結(jié)構(gòu)不會(huì)降低 裝置的性能，舉例而言，圖像傳感器的操作參數(shù)在此結(jié)構(gòu)下仍維持不變，如發(fā)光二極管275的電壓與電位阱容量。請(qǐng)參照?qǐng)D5，其顯示本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器205沿著深度295測(cè)量 的電位圖表400，圖像傳感器205的深度295如圖4D所示。在圖表400中， 縱軸410標(biāo)示以伏特(volts)為單位的電位值，橫軸420標(biāo)示以微米(microns) 為單位的圖像傳感器深度。如圖表400所示，產(chǎn)生的光電子可聚集及儲(chǔ)存在 發(fā)光二極管的耗盡區(qū)(P-N-P結(jié))430。在某些情況下，較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光會(huì)在較 深的像素區(qū)440產(chǎn)生光電子。通過產(chǎn)生在深p型阱區(qū)與深n型阱區(qū)的結(jié)的另 一個(gè)耗盡區(qū)450，可避免這些光電子散布至鄰近的其他像素中。也就是說， 欲散布至鄰近其他像素的光電子可被聚集在此耗盡區(qū)450中。此外，當(dāng)光電 子的數(shù)量超過發(fā)光二極管的電位阱容量時(shí)，過多的光電子也可被聚集在耗盡 區(qū)450中。在上述的圖像傳感器及其形成方法中，圖像傳感器所接受的照射光并不 限定于如紅、綠或藍(lán)光等的可見光，它可以是其他輻射光，如紅外光(IR)或 紫外光(UV)。像素及其他裝置可經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)以有效反射及/或吸收輻射 光。本發(fā)明的實(shí)施例提供一種圖像傳感裝置，此圖像傳感裝置包括半導(dǎo)體基 底，其具有第一類型導(dǎo)電性。半導(dǎo)體基底上方具有半導(dǎo)體層，半導(dǎo)體層具有 第一類型導(dǎo)電性。半導(dǎo)體層中具有多個(gè)像素。半導(dǎo)體層包括第一深阱區(qū)及第 二深阱區(qū)。第一深阱區(qū)具有第一類型導(dǎo)電性，且大致位于這些像素下方。第 二深阱區(qū)具有第二類型導(dǎo)電性，其中第二類型導(dǎo)電性與第一類型導(dǎo)電性不 同，第二深阱區(qū)大致在第一深阱區(qū)下方。在一個(gè)例子中，圖像傳感裝置還包 括多個(gè)淺溝槽隔離元件及多個(gè)防護(hù)環(huán)阱區(qū)，這些淺溝槽隔離元件在半導(dǎo)體層 中，這些防護(hù)環(huán)阱區(qū)具有第一類型導(dǎo)電性。各淺溝槽隔離元件位于這些像素 之間，而各防護(hù)環(huán)阱區(qū)大致在各淺溝槽隔離元件下方。在其他例子中，各像素包括感光元件及至少一個(gè)晶體管。舉例而言，感 光元件包括發(fā)光二極管或固定層發(fā)光二極管；或者，感光元件可以是光柵極 或光晶體管。晶體管可以選自由傳導(dǎo)柵極晶體管、復(fù)位柵極晶體管、源極跟 隨晶體管、行選擇晶體管及其組合所組成的群組。在一個(gè)例子中，半導(dǎo)體基底的第一類型導(dǎo)電性摻雜質(zhì)濃度大于半導(dǎo)體層 的第一類型導(dǎo)電性摻雜質(zhì)濃度。可通過離子注入法形成第一深阱區(qū)，其中注入能量約介于1000至2000 KeV。當(dāng)形成第一深阱區(qū)時(shí)，第一類型導(dǎo)電性摻 雜質(zhì)的摻雜劑量約介于1E11至1E12 atoms/cm2?？赏ㄟ^離子注入法形成第 二深阱區(qū)，其中注入能量約介于2000至4000 KeV。當(dāng)形成第二深阱區(qū)時(shí)， 第二類型導(dǎo)電性摻雜質(zhì)的摻雜劑量約介于1E11至1E13 atoms/cm2。本發(fā)明的實(shí)施例另提供一種圖像傳感裝置的形成方法。此方法包括提供 半導(dǎo)體基底，半導(dǎo)體基底具有第一類型導(dǎo)電性。在半導(dǎo)體基底上方形成半導(dǎo) 體層，半導(dǎo)體層具有第一類型導(dǎo)電性。在半導(dǎo)體層中形成第一深阱區(qū)及第二 深阱區(qū)，第一深阱區(qū)大致在第二深阱區(qū)上方。在半導(dǎo)體層中形成多個(gè)像素， 且這些像素大致在第一深阱區(qū)上方。第一深阱區(qū)具有第一類型導(dǎo)電性，第二 深阱區(qū)具有第二類型導(dǎo)電性，其中第二類型導(dǎo)電性與第一類型導(dǎo)電性不同。 半導(dǎo)體層的形成方法包括外延成長(zhǎng)外延層，外延層具有小于半導(dǎo)體基底的第 一類型導(dǎo)電性的摻雜質(zhì)濃度。在一個(gè)例子中，第一深阱區(qū)的形成方法包括進(jìn)行離子注入工藝，其中注 入能量約介于1000至2000 KeV，第一類型導(dǎo)電性的摻雜質(zhì)的摻雜劑量約介 于1E11至1E12 atoms/cm2。第二深阱區(qū)的形成方法包括進(jìn)行離子注入工藝， 其中注入能量約介于2000至4000 KeV，第二類型導(dǎo)電性的摻雜質(zhì)的摻雜劑 量約介于1E11至1E13 atoms/cm2。圖像傳感裝置的形成方法還包括在半導(dǎo) 體層中形成多個(gè)淺溝槽隔離元件，以及形成多個(gè)具有第一類型導(dǎo)電性的防護(hù) 環(huán)阱區(qū)。各淺溝槽隔離元件位于這些像素之間，而各防護(hù)環(huán)阱區(qū)大致在各淺 溝槽隔離元件下方。像素的形成方法包括使各像素具有發(fā)光二極管及至少一 個(gè)晶體管。本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種半導(dǎo)體裝置，此半導(dǎo)體裝置包括基底，基底 具有第一類型摻雜質(zhì)。在基底上方具有材料層，材料層具有第一類型摻雜質(zhì)。 在材料層中具有多個(gè)傳感元件。第一材料層包括第一深阱區(qū)及第二深阱區(qū)。 第一深阱區(qū)具有第一類型摻雜質(zhì)，且大致在這些傳感元件下方。第二深阱區(qū) 具有第二類型摻雜質(zhì)，其中第二類型雜質(zhì)與第一類型摻雜不同，且大致在第 一類型摻雜質(zhì)下方。在一個(gè)例子中，各傳感元件包括發(fā)光二極管及至少一個(gè) 晶體管?；椎牡谝活愋蛽诫s質(zhì)濃度大于材料層的第一類型摻雜質(zhì)濃度。半 導(dǎo)體裝置還包括在材料層中的多個(gè)隔離元件，用以使這些傳感元件互相隔 離。半導(dǎo)體裝置還包括多個(gè)防護(hù)環(huán)阱區(qū)，各防護(hù)環(huán)阱區(qū)環(huán)繞各隔離元件。本發(fā)明的數(shù)個(gè)優(yōu)點(diǎn)存在于上述實(shí)施例中。這些實(shí)施例提供高效率且有成 本效益的裝置及其制作方法，其用以降低串音干擾。此外，本發(fā)明實(shí)施例提 供的裝置及其制作方法可以容易地和現(xiàn)今的半導(dǎo)體制造工藝設(shè)備及技術(shù)整 合。利用本發(fā)明實(shí)施例提供的裝置及其制作方法可獲得與現(xiàn)今圖像傳感器媲 美的裝置性能。再者，本發(fā)明實(shí)施例提供的裝置及其制作方法可適用于持續(xù) 縮小的像素的尺寸。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng) 與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視隨附的權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感裝置，包括半導(dǎo)體基底，其具有第一類型導(dǎo)電性；半導(dǎo)體層，其具有該第一類型導(dǎo)電性，該半導(dǎo)體層在該半導(dǎo)體基底上方；以及多個(gè)像素，在該半導(dǎo)體層中；其中該半導(dǎo)體層包括第一深阱區(qū)及第二深阱區(qū)，該第一深阱區(qū)具有該第一類型導(dǎo)電性，該第一深阱區(qū)在該多個(gè)像素下方，該第二深阱區(qū)具有第二類型導(dǎo)電性，該第二類型導(dǎo)電性與該第一類型導(dǎo)電性不同，且該第二深阱區(qū)在該第一深阱區(qū)下方。
2. 如權(quán)利要求l所述的圖像傳感裝置，還包括多個(gè)淺溝槽隔離元件，在該半導(dǎo)體層中，其中各淺溝槽隔離元件位于該 多個(gè)像素之間；以及多個(gè)防護(hù)環(huán)阱區(qū)，其具有該第一類型導(dǎo)電性，其中各防護(hù)環(huán)阱區(qū)在各淺 溝槽隔離元件下方。
3. 如權(quán)利要求2所述的圖像傳感裝置，其中各像素包括感光元件及至少 一個(gè)晶體管。
4. 如權(quán)利要求1所述的圖像傳感裝置，該半導(dǎo)體基底具有大于該半導(dǎo)體 層的該第一類型導(dǎo)電類型的摻雜質(zhì)的摻雜濃度。
5. 如權(quán)利要求1所述的圖像傳感裝置，該第一深阱區(qū)的該第一類型導(dǎo)電 性的摻雜質(zhì)的摻雜劑量約介于lEll至1E12atoms/cm2。
6. 如權(quán)利要求1所述的圖像傳感裝置，該第二深阱區(qū)的該第二類型導(dǎo)電 性的摻雜質(zhì)的摻雜劑量約介于1E11至1E13 atoms/cm2。
7. —種圖像傳感裝置的形成方法，包括 提供半導(dǎo)體基底，其具有第一類型導(dǎo)電性；在該半導(dǎo)體基底上方形成半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層具有該第一類型導(dǎo)電性；在該半導(dǎo)體層中形成第一深阱區(qū)及第二深阱區(qū)，該第一深阱區(qū)在該第二 深阱區(qū)上方；以及在該半導(dǎo)體層中形成多個(gè)像素，該多個(gè)像素在該第一深阱區(qū)上方；其中該第一深阱區(qū)的形成包括使該第一深阱區(qū)具有該第一類型導(dǎo)電性， 該第二深阱區(qū)的形成包括使該第二深阱區(qū)具有第二類型導(dǎo)電性，該第二類型 導(dǎo)電性與該第一類型導(dǎo)電性不同。
8. 如權(quán)利要求7所述的圖像傳感裝置的形成方法，其中該半導(dǎo)體層的形 成方法包括外延成長(zhǎng)外延層，該外延層的該第一類型導(dǎo)電性的摻雜質(zhì)的摻雜 濃度低于該半導(dǎo)體基底的該第一類型導(dǎo)電性的摻雜質(zhì)的摻雜濃度。
9. 如權(quán)利要求7所述的圖像傳感裝置的形成方法，其中該第一深阱區(qū)的 形成方法包括進(jìn)行離子注入工藝，且注入能量約介于1000至2000 KeV，該 第一類型導(dǎo)電性的摻雜質(zhì)的摻雜劑量約介于1E11至1E12 atoms/cm2。
10. 如權(quán)利要求7所述的圖像傳感裝置的形成方法，其中該第二深阱區(qū) 的形成方法包括進(jìn)行離子注入工藝，且注入能量約介于2000至4000 KeV， 該第二類型導(dǎo)電性的摻雜質(zhì)的摻雜劑量約介于1E11至1E13 atoms/cm2。
11. 一種半導(dǎo)體裝置，包括 基底，其具有第一類型摻雜質(zhì)；材料層，其具有該第一類型摻雜質(zhì)，該材料層在該基底上方；以及 多個(gè)傳感元件，在該材料層中；其中該材料層包括第一深阱區(qū)及第二深阱區(qū)，該第一深阱區(qū)具有該第一 類型摻雜質(zhì)，該第一深阱區(qū)在該多個(gè)傳感元件下方，該第二深阱區(qū)具有第二 類型摻雜質(zhì)，該第二類型摻雜質(zhì)與該第一類型摻雜質(zhì)不同，該第二深阱區(qū)在 該第一深阱區(qū)下方。
12. 如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置，其中各傳感元件包括發(fā)光二極管 及至少一個(gè)晶體管。
13. 如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置，其中該基底的該第一類型摻雜質(zhì) 的濃度大于該材料層的該第一類型摻雜質(zhì)的濃度。
14. 如權(quán)利要求ll所述的半導(dǎo)體裝置，還包括 多個(gè)隔離元件，在該材料層中以使該多個(gè)傳感元件互相隔離；以及 多個(gè)防護(hù)環(huán)阱區(qū)，各防護(hù)環(huán)阱區(qū)環(huán)繞各隔離元件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圖像傳感裝置、其形成方法及半導(dǎo)體裝置，該圖像傳感裝置包括半導(dǎo)體基底，其具有第一類型導(dǎo)電性；半導(dǎo)體層，其具有該第一類型導(dǎo)電性，該半導(dǎo)體層在該半導(dǎo)體基底上方；以及多個(gè)像素，在該半導(dǎo)體層中；其中該半導(dǎo)體層包括第一深阱區(qū)及第二深阱區(qū)，該第一深阱區(qū)具有該第一類型導(dǎo)電性，該第一深阱區(qū)在該多個(gè)像素下方，該第二深阱區(qū)具有第二類型導(dǎo)電性，該第二類型導(dǎo)電性與該第一類型導(dǎo)電性不同，且該第二深阱區(qū)在該第一深阱區(qū)下方。本發(fā)明提供高效率且有成本效益的裝置及其形成方法，可以降低串音干擾。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101262000SQ200710153619
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2007年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月6日
發(fā)明者伍壽國(guó), 劉漢琦, 張中瑋, 柯鈞耀, 翁烔城 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司