專利名稱：圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。圖像傳感器
大致分為電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS)圖像傳感器(CIS)。
在圖像傳感器中，使用離子注入在具有讀出電路的襯底中形成光電 二極管。為了在不增加芯片大小的情況下增加像素的數(shù)目，隨著光電二 極管的大小越來越小，光接收部分的面積也減小，從而圖像質(zhì)量降低。
此外，由于堆疊高度的減少并不像光接收部分的面積的減少那樣多， 所以因?yàn)楣獾难苌?稱為艾里斑(airy disk))使得射入到光接收部分的 光子數(shù)目也減少。
作為克服這種限制的選擇，實(shí)現(xiàn)了以下嘗試，即，使用非晶硅(Si) 形成光電二極管，或在Si襯底中形成讀出電路以及使用例如晶片與晶片 接合的方法在讀出電路上形成光電二極管(以下稱為"三維(3D)圖像 傳感器")。通過金屬線將光電二極管與讀出電路連接。
然而，對(duì)于3D圖像傳感器，當(dāng)在具有讀出電路的襯底上形成光電二 極管時(shí)，在光電二極管的頂面和襯底的頂面之間出現(xiàn)高度差。具體地， 由于在芯片的邊緣部分中形成的某些光電二極管的橫向側(cè)(lateral sides) 被暴露，所以向橫向側(cè)射入不期望的光，并且這種光敏感度可降低。
同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，當(dāng)光電二極管的表面電壓被射入的光(incident light)降低時(shí)，電壓感測(cè)部分的表面電壓也同時(shí)降低。之后，當(dāng)轉(zhuǎn)移晶 體管Tx導(dǎo)通并然后關(guān)閉時(shí)，轉(zhuǎn)移晶體管的源極和漏極的電壓變得彼此相 等，并且通過驅(qū)動(dòng)器晶體管放大漏極的電位差。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，，由于轉(zhuǎn) 移晶體管的源極和漏極都大量摻雜有N型雜質(zhì)，所以會(huì)發(fā)生電荷共享現(xiàn)
象。當(dāng)發(fā)生電荷共享現(xiàn)象時(shí)，輸出圖像的敏感度降低，并且會(huì)產(chǎn)生圖像 錯(cuò)誤。
此外，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，因?yàn)楣怆姾刹蝗菀自诠怆姸O管和讀出電路 之間迅速移動(dòng)，所以會(huì)產(chǎn)生暗電流或減小飽和度和敏感度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種圖像傳感器及其制造方法，其中通過形成 上線，所述上線用以阻擋向位于像素部分的邊緣區(qū)中的光電二極管橫向 側(cè)射入的光，可改善光電二極管的光敏感度。
本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種圖像傳感器及其制造方法，其中包括在 光電二極管和外圍部分上的透明電極，透明電極與上線電連接，以向光 電二極管和外圍電路施加電壓。
在一實(shí)施例中， 一種圖像傳感器可包括第一襯底，包含像素部分 和外圍部分；在所述像素部分上的讀出電路；層間電介質(zhì)，在所述像素 部分和所述外圍部分上；下線，穿過所述層間電介質(zhì)，以分別與所述讀 出電路和所述外圍部分電連接；光電二極管，在所述層間電介質(zhì)的與所 述像素部分對(duì)應(yīng)的部分上；透明電極，在包括光電二極管的所述層間電 介質(zhì)上，所述透明電極與所述光電二極管和外圍部分的下線電連接；第 一鈍化層，在所述透明電極上，所述第一鈍化層包括用以暴露所述透明 電極的一部分的溝槽，所述透明電極對(duì)應(yīng)于外圍部分中的下線；和上線， 在所述外圍部分上，包括在溝槽中，所述上線具有與所述像素部分上的 所述第一鈍化層的頂表面相同的表面高度。
在另一實(shí)施例中，透明電極可僅形成在像素部分上，第一鈍化層可 形成在透明電極和外圍部分的層間電介質(zhì)上。鈍化層可包括用以暴露外 圍部分的下線的溝槽以及用以暴露在像素部分的邊緣區(qū)的透明電極的另 一個(gè)溝槽。在溝槽中可形成上線，以將透明電極連接至下線并且保護(hù)光 電二極管的橫向側(cè)。
在一個(gè)實(shí)施例中， 一種圖像傳感器的制造方法可包括以下步驟制 備限定有像素部分和外圍部分的第一襯底；在所述像素部分上形成讀出 電路；在包括像素部分和外圍部分的所述第一襯底上形成層間電介質(zhì)；
在所述層間電介質(zhì)中形成與所述讀出電路連接的下線和所述外圍部分連
接的下線；制備包含結(jié)晶半導(dǎo)體層的第二襯底；在所述結(jié)晶半導(dǎo)體層中 形成光電二極管；接合所述第一襯底和所述第二襯底，使得所述第一襯 底的下線與所述光電二極管電連接；分離所述第二襯底，以暴露所述光 電二極管；去除所述光電二極管與所述外圍部分對(duì)應(yīng)的部分，使得所述 光電二極管僅保留在所述像素部分上，以暴露在所述外圍部分上的下線； 在上面配置有光電二極管的層間電介質(zhì)上形成透明電極層，使得透明電 極層與光電二極管和外圍部分中的下線連接；在所述透明電極層上形成 第一鈍化層；在所述第一鈍化層與外圍部分中的下線對(duì)應(yīng)的部分中形成 第一溝槽，以暴露所述透明電極層；和在包括在所述溝槽中的外圍部分 上形成上線。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例中， 一種方法可包括在光電二極管上形成透明 電極層；在透明電極層和外圍部分的層間電介質(zhì)上形成第一鈍化層；在 第一鈍化層中形成第一溝槽，以暴露在像素部分的邊緣區(qū)的透明電極， 以及在第一鈍化層中形成第二溝槽，以暴露在外圍部分中的下線；和在 第一溝槽和第二溝槽中以及沿著光電二極管的橫向側(cè)形成上線，所述上 線將透明電極連接至外圍部分中的下線。
在以下的附圖和描述中闡述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。根據(jù)說明書 和附圖以及根據(jù)權(quán)利要求書，其它特征將變得清楚。


圖1至圖12是根據(jù)一實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法的剖面圖。 圖13是根據(jù)另一實(shí)施例的圖像傳感器的部分詳細(xì)示圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖描述圖像傳感器及其制造方法的實(shí)施例。 當(dāng)這里使用術(shù)語(yǔ)"上"或"上方"時(shí)，當(dāng)涉及層、區(qū)域、圖案或結(jié) 構(gòu)時(shí)，可以理解，層、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)可直接在另一個(gè)層或結(jié)構(gòu)上， 或者也可以存在中間層、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)。當(dāng)這里使用術(shù)語(yǔ)"下"或 "下方"時(shí)，當(dāng)涉及層、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)時(shí)，可以理解，層、區(qū)域、
圖案或結(jié)構(gòu)可直接在另一個(gè)層或結(jié)構(gòu)下，或者也可以存在中間層、區(qū)域、 圖案或結(jié)構(gòu)。
圖io是根據(jù)一實(shí)施例的圖像傳感器的剖面圖。
參照?qǐng)D10，圖像傳感器可包括第一襯底100，包含像素部分A和 外圍部分B;讀出電路120，在像素部分A上；層間電介質(zhì)160，在包含
像素部分A和外圍部分B的第一襯底IOO上；下線150和170，穿過層 間電介質(zhì)160，以分別與讀出電路120和外圍部分B電連接；光電二極 管205，在層間電介質(zhì)160與像素部分A對(duì)應(yīng)的部分上；透明電極230， 在上面形成有光電二極管205的層間電介質(zhì)160上，透明電極230在外 圍部分B中與光電二極管205和下線170連接；第一鈍化層240，在透 明電極230上，第一鈍化層240包括溝槽241,其暴露在外圍部分B中 與下線170對(duì)應(yīng)的透明電極230的一部分；和上線250，在溝槽241中， 上線250具有與像素部分A上的第一鈍化層240相同的表面高度。
第一襯底100的讀出電路120可包括在第一襯底100中形成的電 學(xué)結(jié)區(qū)140;和第一導(dǎo)電型連接區(qū)147，與電學(xué)結(jié)區(qū)140上的線150連接。
上線250可配置在第一鈍化層240的溝槽241中，以與透明電極230 電連接。此外，上線250可形成為與光電二極管205上的第一鈍化層240 相同的高度。通過形成在光電二極管205上的高度的上線，上線250可 阻擋射入到光電二極管205的橫向側(cè)的光，以改善圖像特性。
圖12是根據(jù)僅在光電二極管上形成透明電極的另一個(gè)實(shí)施例的圖像 傳感器的剖面圖。
參照?qǐng)D12，透明電極235僅配置在第一襯底100上的光電二極管205 上，以與光電二極管205電連接。具有第一溝槽243和第二溝槽245的 第一鈍化層240配置在上面形成有透明電極235的層間電介質(zhì)160上。 第一和第二溝槽243和245分別暴露透明電極235和下線170。
上線255配置在包括第一和第二溝槽243和245的第一鈍化層240 上。能夠以不掩蔽(screen)與單位像素對(duì)應(yīng)的光電二極管205的方式形 成上線255。上線255配置在第一和第二溝槽243和245的內(nèi)部，以將透 明電極235連接至下線170。
此外，上線255從第一溝槽243延伸至第二溝槽245，以掩蔽光電二
極管205的橫向側(cè)。因此，上線255可阻擋射入到光電二極管205的橫 向側(cè)的光。
根據(jù)實(shí)施例，可在結(jié)晶(crystalline)半導(dǎo)體層中形成光電二極管。 由于光電二極管形成在結(jié)晶半導(dǎo)體層中，可抑制光電二極管的缺陷。
此外，形成可用于對(duì)光電二極管施加接地電壓的上線以掩蔽光電二 極管的橫向側(cè)，因此可用作光阻擋層。因此，可改善光電二極管的光敏 感度。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，設(shè)計(jì)這樣的器件，使得在轉(zhuǎn)移晶體管Tx的源極 和漏極之間產(chǎn)生電位差，從而來自光電二極管205的光電荷可完全卸載 (dump)。因此，由于來自光電二極管205的光電荷被完全卸載到浮置 擴(kuò)散區(qū)，所以可增加輸出圖像的敏感度。
艮P，可在第一襯底100中形成電學(xué)結(jié)區(qū)140，其中形成讀出電路120 以使得在轉(zhuǎn)移晶體管Tx121的源極和漏極之間產(chǎn)生電位差，從而光電荷 可完全卸載。讀出電路120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和選擇晶體管Sx 127。
以下，詳細(xì)描述根據(jù)一實(shí)施例的光電荷的卸載結(jié)構(gòu)。
電學(xué)結(jié)區(qū)140可包括在第二導(dǎo)電型阱141 (或第二導(dǎo)電型外延層(未 示出))上形成的第一導(dǎo)電型離子注入層143;和在第一導(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，電學(xué)結(jié)區(qū)140可以是 但不限于PN結(jié)或PNP結(jié)。
與作為N+結(jié)(junction)的浮置擴(kuò)散FD 131的節(jié)點(diǎn)(node)不同， 以預(yù)定電壓切斷(pinched-off)沒有完全轉(zhuǎn)移所施加電壓的PNP結(jié)140。 這種電壓稱為釘扎(pinning)電壓，其取決于P0區(qū)145和N-區(qū)143的 摻雜濃度。
具體地，從光電二極管205產(chǎn)生的電子移動(dòng)到PNP結(jié)140，以及轉(zhuǎn) 移到浮置擴(kuò)散FD 131的節(jié)點(diǎn)并轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)移晶體管Tx121導(dǎo)通的電壓。
由于P0/N-ZP-結(jié)140的最大電壓值變?yōu)獒斣妷?，并且浮置擴(kuò)散FD 131的最大電壓值變?yōu)閂dd-Rx 123的閾值電壓Vth，所以從芯片上部的 光電二極管205產(chǎn)生的電子可被完全卸載到浮置擴(kuò)散FD131的節(jié)點(diǎn)，而 不存在由于轉(zhuǎn)移晶體管Tx131的側(cè)部之間的電位差引起的電荷共享。
艮P，根據(jù)一實(shí)施例，在第一襯底100中形成？0/1^-/ -阱結(jié)，而不是
N+ZP-阱結(jié)，以允許在4-Tr有源像素傳感器(APS)復(fù)位操作期間對(duì) 0/^*-阱結(jié)的N-區(qū)143施加+電壓，以及對(duì)P0 145和P-阱141施加接 地電壓，從而以預(yù)定電壓或比雙極晶體管(BJT)結(jié)構(gòu)更大的電壓在 P0/N-ZP-阱雙結(jié)產(chǎn)生切斷(pinch-off)。這稱為釘扎電壓。因此，在轉(zhuǎn)移 晶體管Tx 121的源極和漏極之間產(chǎn)生電位差，以在轉(zhuǎn)移晶體管Tx的導(dǎo) 通/關(guān)斷操作期間抑制電荷共享現(xiàn)象。
因此，與現(xiàn)有技術(shù)中將光電二極管與N+結(jié)(N+/P-阱)簡(jiǎn)單地連接 的情況不同，可避免例如飽和度降低和敏感度降低等限制。
此外，根據(jù)一實(shí)施例，可在光電二極管和讀出電路之間形成第一導(dǎo) 電型連接區(qū)147,以提供光電荷的迅速移動(dòng)路徑，從而最小化暗電流源， 以及可抑制飽和度降低和敏感度降低。
為此，根據(jù)一實(shí)施例，可在P0/N-ZP-結(jié)140的表面上形成用于歐姆接 觸的第一導(dǎo)電型連接區(qū)147。同時(shí)，為了抑制第一導(dǎo)電型連接區(qū)147變成 泄漏源(leakage source)，可最小化第一導(dǎo)電型連接區(qū)147的寬度。以 此可減小3D圖像傳感器的暗電流。
艮P，在上述實(shí)施例中通過N型雜質(zhì)局部大量地僅摻雜接觸形成部分 (contact forming portion )的原因是在最小化暗信號(hào)的同時(shí)便于歐姆接觸 形成(ohmic contact formation)。在大量摻雜整個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管(Tx源極) 的情況下，可通過硅(Si)表面懸鍵來增加暗信號(hào)。
參照?qǐng)D1至圖12描述根據(jù)一實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法。
參照?qǐng)D1，可在第一襯底100的像素部分A上形成讀出電路120。可 在第一襯底100中形成用以限定有源區(qū)和場(chǎng)效應(yīng)區(qū)的器件隔離區(qū)110。在 第一襯底100的有源區(qū)中形成其中形成有單位像素的像素部分A和用于 信號(hào)處理的外圍部分B。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，讀出電路120可包括 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和選擇晶體 管Sx 127。可形成包括各自晶體管的源極/漏極區(qū)的浮置擴(kuò)散區(qū)FD 131 和離子注入?yún)^(qū)130。在形成讀出電路120時(shí)，可同時(shí)形成外圍部分B的 晶體管電路(未示出)。
在第一襯底100上形成讀出電路120的步驟可包括在第一襯底100
中形成電學(xué)結(jié)區(qū)140以及在電學(xué)結(jié)區(qū)140上形成與下線150連接的第一 導(dǎo)電型連接區(qū)147。
電學(xué)結(jié)區(qū)140可以是PN結(jié)140，但不限于此。例如，電學(xué)結(jié)區(qū)140 可包括在第二導(dǎo)電型阱141 (或第二導(dǎo)電型外延層(未示出))上形成的 第一導(dǎo)電型離子注入層143;和在第一導(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，PN結(jié)140可以是如圖1所示的 P0(145)/N-(143)/P-(141)結(jié)。在一實(shí)施例中，第一襯底100可以是第二導(dǎo) 電型襯底。
根據(jù)一實(shí)施例，電學(xué)結(jié)區(qū)140可形成在形成有讀出電路120的第一 襯底100中，以使得在轉(zhuǎn)移晶體管Tx 121的源極和漏極之間產(chǎn)生電位差， 從而光電荷可完全卸載。
艮P，根據(jù)該實(shí)施例，設(shè)計(jì)一種器件，使得在轉(zhuǎn)移晶體管Tx的源極和 漏極之間存在電位差，從而可完全卸載光電荷。例如，通過使得N-區(qū)143 的摻雜濃度小于浮置擴(kuò)散區(qū)FD 131的摻雜濃度的方式，設(shè)計(jì)一種器件， 使得在轉(zhuǎn)移晶體管Tx的源極和漏極之間產(chǎn)生電位差。
接下來，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可在P0/N-ZP-結(jié)140的表面上形成用于歐 姆接觸的第一導(dǎo)電型連接區(qū)147。例如，可在？0^-"-結(jié)140的表面上形 成用于歐姆接觸的N+區(qū)147。根據(jù)一實(shí)施例，可形成N+區(qū)147，以穿過 P0區(qū)145并接觸N-區(qū)143。
同時(shí)，為了抑制第一導(dǎo)電型連接區(qū)147變成泄漏源，可最小化第一 導(dǎo)電型連接區(qū)147的寬度。為此，在一個(gè)實(shí)施例中，在蝕刻用于第一金 屬接觸部151a的通孔之后，可執(zhí)行插塞式注入(plug implant)。然而， 本發(fā)明實(shí)施例不限于此。例如，在另一個(gè)實(shí)施例中，可形成離子注入圖 案(未示出)，然后使用離子注入圖案作為離子注入掩模形成第一導(dǎo)電 型連接區(qū)147。
根據(jù)實(shí)施例，可在光電二極管和讀出電路120之間形成第一導(dǎo)電型 連接區(qū)147，以提供光電荷的迅速移動(dòng)路徑，從而最小化暗電流源，以及 可抑制飽和度降低和敏感度降低。
可在第一襯底100上形成層間電介質(zhì)160，并且可形成下線150。下 線150可包括但不限于，第一金屬接觸部151a、第一金屬151、第二金 屬152、第三金屬153和第四金屬接觸部154a。
可對(duì)于每個(gè)單位像素形成下線150，以將光電二極管205與讀出電路 120連接并轉(zhuǎn)移光電二極管205的光電荷。在形成與讀出電路120連接的 下線150時(shí)，可同時(shí)形成與外圍部分B連接的下線170。可形成包括金 屬、合金和硅化物的各種導(dǎo)電金屬的下線150和170。
參照?qǐng)D2，可制備包括結(jié)晶半導(dǎo)體層200的第二襯底20。第二襯底 20可以是單晶硅或多晶硅襯底，并且可以是慘雜有p型雜質(zhì)或n型雜質(zhì) 的襯底?？赏ㄟ^例如外延生長(zhǎng)在第二襯底20上形成結(jié)晶半導(dǎo)體層200。
參照?qǐng)D3，在結(jié)晶半導(dǎo)體層200的內(nèi)部形成光電二極管205。光電二 極管230可包括第一雜質(zhì)區(qū)210和第二雜質(zhì)區(qū)220。
可通過將n型雜質(zhì)注入結(jié)晶半導(dǎo)體層200的深區(qū)域(即，最接近第 二襯底20的區(qū)域)中形成第一雜質(zhì)區(qū)210。可通過將p型雜質(zhì)注入結(jié)晶 半導(dǎo)體層200的淺區(qū)域(即，接近結(jié)晶半導(dǎo)體層200的表面的區(qū)域)中 形成第二雜質(zhì)區(qū)220。由于第一雜質(zhì)區(qū)210和第二雜質(zhì)區(qū)220形成為彼此 接觸，所以光電二極管205可具有PN結(jié)結(jié)構(gòu)。因此，從光電二極管205 產(chǎn)生的光電荷可通過下線150轉(zhuǎn)移到讀出電路120。
盡管沒有示出，可通過將高濃度n型雜質(zhì)注入到第一雜質(zhì)區(qū)210的 表面中形成歐姆接觸層。此外，可通過例如注入p型雜質(zhì)在結(jié)晶半導(dǎo)體 層200中形成器件隔離層，以隔離用于各個(gè)單元像素的光電二極管205。
由于通過離子注入在結(jié)晶半導(dǎo)體層200中形成光電二極管205，所以 可抑制在光電二極管205中的缺陷以及可減少暗電流的產(chǎn)生。
參照?qǐng)D4，可將包括下線150和170的第一襯底100以及包括結(jié)晶半 導(dǎo)體層200的第二襯底20彼此接合。當(dāng)?shù)谝灰r底100和第二襯底20彼 此接合時(shí)，作為下線150的第四金屬接觸部154a與光電二極管205的第 一雜質(zhì)區(qū)210電連接。
參照?qǐng)D5，去除第二襯底20，使得光電二極管205保留在第一襯底 100上。例如，可使用葉片(blade)去除第二襯底20，從而可暴露光電 二極管205。
因此，由于包括光電二極管205的結(jié)晶半導(dǎo)體層200保留在第一襯 底100上，所以可垂直集成第一襯底100和光電二極管205。
參照?qǐng)D6，去除在第一襯底100上接合的結(jié)晶半導(dǎo)體層200的一部分， 從而形成暴露了與外圍部分B對(duì)應(yīng)的層間電介質(zhì)160的一部分和下線170 的頂表面的區(qū)域115。在暴露區(qū)域115之后，光電二極管205可僅保留在 像素部分A上。具體地，如圖6所示的光電二極管205可以是位于第一 襯底100的整個(gè)區(qū)域的像素部分A的邊緣的像素的光電二極管205。
由于光電二極管205的高度，像素部分A具有與外圍部分B的高度 差。因此，對(duì)與外圍部分B鄰近的光電二極管205的側(cè)壁進(jìn)行暴露。
參照?qǐng)D7，可在上面形成有光電二極管205的第一襯底100上形成透 明電極230。透明電極230可以與光電二極管205以及外圍部分B的下 線170電連接。例如，可形成銦錫氧化物(ITO)、鎘錫氧化物(CTO) 或Zn02的透明電極230。
參照?qǐng)D8，可在上面形成有透明電極230的第一襯底IOO上形成第一 鈍化層240。第一鈍化層240可以是例如氧化物層或氮化物層?？赏ㄟ^蝕 刻第一鈍化層240在第一鈍化層240中形成溝槽241 ，以暴露在外圍部分 B上的透明電極230的一部分。
參照?qǐng)D9，可在溝槽241中形成上線250?？尚纬衫玟X、銅、鈦和 /或鎢的導(dǎo)電材料的上線250?？稍诎喜?41的第一鈍化層240上形 成上線250，以與透明電極230電連接，因此與下線170電連接。
可通過沉積金屬層(未示出)和使用鈍化層240作為蝕刻停止層執(zhí) 行平坦化處理，使得上線250具有與像素部分A中的第一鈍化層240的 頂表面相同的高度。由于上線250的形成而去除了在像素部分A和外圍 部分B之間的高度差，所以可容易地執(zhí)行作為隨后處理的濾色處理。
由于在透明電極230與下線170對(duì)應(yīng)的部分上選擇性形成上線250， 所以上線250不能阻擋射入到光電二極管205的頂表面的光，并因此可 盡可能地保護(hù)光電二極管205的光接收區(qū)。
參照?qǐng)D10，可在上面形成有上線250的第一鈍化層240上形成第二 鈍化層260。此外，可在第二鈍化層260與單位像素中光電二極管205 對(duì)應(yīng)的部分上形成濾色鏡270。
圖ll和12示出僅在像素部分上形成透明電極的實(shí)施例。
參照?qǐng)D11，通過在上面形成有光電二極管205的第一襯底上形成透
明電極層(未示出)來形成透明電極235，并且圖案化該透明電極層，從 而透明電極層僅保留在像素部分A上。
然后，可在上面形成有透明電極235的第一襯底100上形成第一鈍 化層240。在光電二極管205上和外圍部分B中的層間電介質(zhì)160上形 成第一鈍化層240，以保護(hù)和絕緣光電二極管205和下線170。可在第一 鈍化層240中形成第一溝槽243和第二溝槽245。選擇性形成第一溝槽 243，以暴露光電二極管205的一部分，并且第二溝槽245可暴露在外圍 部分B中的下線170。
參照?qǐng)D12，在第一溝槽243中形成上線255，以通過透明電極235 與光電二極管205電連接。此外，上線255從第一溝槽243延伸至第二 溝槽245，從而可以與下線170電連接。因此，可通過上線255對(duì)光電二 極管205和下線170施加接地電壓。此外，由于在第一鈍化層240與光 電二極管205的橫向側(cè)對(duì)應(yīng)的部分上形成上線255，所以上線255可阻擋 射入到光電二極管205的橫向側(cè)的光。
圖13是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器的剖面圖。
參照?qǐng)D13，圖像傳感器包括第一襯底100，其中形成線150和讀 出電路120;和在讀出電路120上的光電二極管205?？稍诘谝灰r底100 中形成電學(xué)結(jié)區(qū)140，并且可在電學(xué)結(jié)區(qū)140的側(cè)部形成與線150連接的 第一導(dǎo)電型連接區(qū)148。
本實(shí)施例可采用關(guān)于圖1-圖12描述的實(shí)施例的技術(shù)特性。
根據(jù)該實(shí)施例，設(shè)計(jì)一種器件，使得在轉(zhuǎn)移晶體管Tx的源極和漏極 之間產(chǎn)生電位差，從而可完全卸載光電荷。因此，從光電二極管產(chǎn)生的 光電荷被完全卸載到浮置擴(kuò)散區(qū)131，從而可增加輸出圖像的敏感度。
此外，在光電二極管和讀出電路之間形成充電連接區(qū)，以提供光電 荷的迅速移動(dòng)路徑，從而最小化暗電流源，以及可抑制飽和度降低和敏 感度降低。
與關(guān)于圖1所述的實(shí)施例不同，在電學(xué)結(jié)區(qū)140的側(cè)部形成第一導(dǎo) 電型連接區(qū)148。
根據(jù)該實(shí)施例，可在P0/N-ZP-結(jié)140的側(cè)部形成用于歐姆接觸的N+ 連接區(qū)148。由此，由于通過對(duì)卩0^-"-結(jié)140施加反偏壓使得器件運(yùn)行
并使得可在Si表面上產(chǎn)生電場(chǎng)EF，所以用于形成N+連接區(qū)148和M1C 接觸部151a的處理可提供泄露源。這種情況的發(fā)生是由于在電場(chǎng)中的接 觸形成處理(contact forming process )的期間產(chǎn)生的結(jié)晶缺陷用作泄露源。 此外，根據(jù)實(shí)施例，在？0/^-"-結(jié)140的表面上形成N+連接區(qū)148 的情況下，增加由于N+/P0結(jié)148/145所產(chǎn)生的電場(chǎng)。這種電場(chǎng)也用作 泄露源。
因此，在沒有摻雜P0層但是包括N+連接區(qū)148的有源區(qū)上形成第 一接觸插塞151a。然后，通過N+連接區(qū)148將第一接觸插塞151a與N-結(jié)143連接。
因此，在該實(shí)施例中，在Si表面上不產(chǎn)生電場(chǎng)，從而可有助于減少 3D集成CIS的暗電流。
在本說明書中對(duì)于"一個(gè)實(shí)施例"、"一實(shí)施例"、"實(shí)例性實(shí)施 例"等的任意引用表示結(jié)合該實(shí)施例所描述的特定特征、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。在說明書中各個(gè)位置中的這種短語(yǔ)的 出現(xiàn)不必都涉及相同的實(shí)施例。此外，當(dāng)結(jié)合任意實(shí)施例描述特定特征、 結(jié)構(gòu)或特性時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域一個(gè)普通技術(shù)人員可以預(yù)料，可結(jié)合其它實(shí) 施例影響這種特征、結(jié)構(gòu)或特性。
盡管參照本發(fā)明多個(gè)示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是應(yīng) 該理解，由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所設(shè)計(jì)的各種其它修改和實(shí)施例也落于 本發(fā)明原理的精神和范圍內(nèi)。更具體地，在本發(fā)明、附圖和所附權(quán)利要 求的范圍內(nèi)，可以對(duì)主要組成配置的組件部分和/或排列進(jìn)行各種改變和 修改。除了在組成部分和/或排列的改變和修改之外，替代物的使用對(duì)于 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也是清楚的。
權(quán)利要求
1. 一種圖像傳感器，包括第一襯底，包含像素部分和外圍部分；讀出電路，位于所述像素部分上；層間電介質(zhì)，位于包括所述像素部分和所述外圍部分的所述第一襯底上；第一下線，穿過所述層間電介質(zhì)，以與所述讀出電路電連接；第二下線，穿過所述層間電介質(zhì)，以與所述外圍部分電連接；光電二極管，在所述層間電介質(zhì)的與所述像素部分對(duì)應(yīng)的部分上；透明電極，位于上面形成有所述光電二極管的所述層間電介質(zhì)上，所述透明電極與所述光電二極管和所述外圍部分的第二下線電連接；第一鈍化層，位于所述透明電極上，所述第一鈍化層包括用以暴露所述透明電極的一部分的溝槽；以及上線，位于所述外圍部分上，包括在所述第一鈍化層的溝槽中，其中所述上線保護(hù)所述光電二極管的位于所述像素部分邊緣處的側(cè)部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像傳感器，還包括 第二鈍化層，位于所述第一鈍化層和所述上線上；以及 濾色鏡，位于所述第二鈍化層的與所述光電二極管對(duì)應(yīng)的部分上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述讀出電路包括在所 述第一襯底中的電學(xué)結(jié)區(qū)，其中所述電學(xué)結(jié)區(qū)包括第一導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)，位于所述第一襯底中；以及 第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)，位于所述第一導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，還包括第一導(dǎo)電型連接區(qū)， 與所述電學(xué)結(jié)區(qū)上的第一下線電連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，還包括第一導(dǎo)電型連接區(qū)， 與所述電學(xué)結(jié)區(qū)的側(cè)部的所述第一下線電連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中將所述讀出電路設(shè)計(jì)為 在晶體管的源極和漏極之間存在電位差，其中所述晶體管的源極與所述 第一下線電連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像傳感器，其中所述晶體管包括轉(zhuǎn)移晶 體管，其中所述轉(zhuǎn)移晶體管的源極的離子注入濃度小于所述轉(zhuǎn)移晶體管 的漏極處的浮置擴(kuò)散區(qū)的離子注入濃度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述透明電極僅形成在 所述像素部分上，其中所述第一鈍化層配置在所述透明電極和所述外圍部分上， 其中所述第一鈍化層還包括用以暴露所述第二下線的第二溝槽，其中所述用以暴露所述透明電極的一部分的溝槽配置為與所述光電二極管的邊緣區(qū)對(duì)應(yīng)，以及其中所述上線從所述第一溝槽延伸至所述第二溝槽，并且形成在所述第一鈍化層的與所述光電二極管的橫向側(cè)對(duì)應(yīng)的部分上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述溝槽配置在所述外圍部分上，其中所述上線的頂表面具有與所述像素部分上的所述第一鈍 化層的頂表面相同的高度。
10. —種圖像傳感器的制造方法，該方法包括以下步驟制備限定有像素部分和外圍部分的第一襯底； 在所述像素部分上形成讀出電路；在包括所述像素部分和所述外圍部分的所述第一襯底上形成層間電 介質(zhì)；在所述層間電介質(zhì)中形成與所述讀出電路連接的第一下線以及與所 述外圍部分連接的第二下線；制備包含結(jié)晶半導(dǎo)體層的第二襯底； 在所述結(jié)晶半導(dǎo)體層中形成光電二極管；接合所述第一襯底和所述第二襯底，使得所述第一襯底的第一下線 與所述光電二極管電連接；分離所述第二襯底，以暴露所述第一襯底上的光電二極管；去除所述光電二極管的與所述外圍部分對(duì)應(yīng)的部分，使得所述光電 二極管僅保留在所述像素部分上，以暴露所述外圍部分上的第二下線；在上面配置有所述光電二極管的第一襯底上形成透明電極層；在所述透明電極層上形成第一鈍化層；在所述第一鈍化層的一部分中形成第一溝槽，以暴露所述透明電極 層的一部分；以及在所述外圍部分上包括在所述第一溝槽中形成上線。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中所述透明電極層與所述光電 二極管和所述第二下線連接；其中所述第一溝槽暴露所述透明電極層的 與所述外圍部分上的區(qū)域?qū)?yīng)的部分；其中形成所述上線的步驟包括在包括所述溝槽的第一鈍化層上形成金屬層；以及 平坦化所述金屬層，使得所述金屬層具有與所述像素部分的第一鈍 化層的頂表面相同的高度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中形成所述透明電極層的步驟 包括在所述第一襯底上沉積透明電極材料；以及去除所述透明電極材料的與所述外圍部分對(duì)應(yīng)的一部分，該方法還 包括在所述第一鈍化層中形成第二溝槽，其中所述第二溝槽暴露所述第 二下線的頂表面，其中形成所述第一溝槽，以暴露所述透明電極層的位 于所述像素部分的邊緣的部分。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中在所述外圍部分上包括在所 述第一溝槽中形成上線的步驟包括在所述第一溝槽和所述第二溝槽中形成所述上線，使得所述上線從 所述第一溝槽延伸至所述第二溝槽，包括在所述第一鈍化層的與所述光 電二極管的橫向側(cè)對(duì)應(yīng)的部分上。
14. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，還包括在形成所述上線之后 在所述第一鈍化層和所述上線上形成第二鈍化層；以及在所述第二鈍化層的與所述光電二極管對(duì)應(yīng)部分上形成濾色鏡。
15. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中形成所述讀出電路的步驟包括在所述第一襯底中形成電學(xué)結(jié)區(qū)，其中在所述第一襯底中形成所述 電學(xué)結(jié)區(qū)的步驟包括在所述第一襯底中形成第一導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)；以及在所述第一導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)上形成第二導(dǎo)電型離子注入?yún)^(qū)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括形成第一導(dǎo)電型連接區(qū)，與所述電學(xué)結(jié)區(qū)上的第一下線電連接。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中在用于所述第一下線的接觸 蝕刻之后執(zhí)行用以形成所述第一導(dǎo)電型連接區(qū)的步驟。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括在所述電學(xué)結(jié)區(qū)的側(cè)部 形成與所述第一下線連接的第一導(dǎo)電型連接區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圖像傳感器及其制造方法，其中圖像傳感器包括具有讀出電路的第一襯底、層間電介質(zhì)和下線，以及具有光電二極管的第二襯底。第一襯底包含像素部分和外圍部分。在像素部分上形成讀出電路。在像素部分和外圍部分上形成層間電介質(zhì)。下線穿過層間電介質(zhì)，以與讀出電路和外圍部分電連接。光電二極管與第一襯底接合，并且被蝕刻以對(duì)應(yīng)于像素部分。在上面形成有光電二極管的層間電介質(zhì)上形成透明電極，使得透明電極與光電二極管和外圍部分的下線電連接。在透明電極上可形成第一鈍化層。在一個(gè)實(shí)施例中，第一鈍化層包括用以暴露透明電極的一部分的溝槽。然后，在外圍部分上并且在溝槽中形成上線，以保護(hù)光電二極管的橫向側(cè)。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101383364SQ20081021382
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月7日
發(fā)明者俊 黃 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司