專(zhuān)利名稱(chēng)：圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
近來(lái)，CMOS圖像傳感器作為下一代圖像傳感器而成為焦點(diǎn)。CMOS圖 像傳感器是一種利用MOS晶體管采用切換模式來(lái)順序地檢測(cè)各單位像素的 輸出的器件，其中通過(guò)使用外圍器件(諸如控制器和信號(hào)處理器)的CMOS 技術(shù)，在半導(dǎo)體襯底上形成對(duì)應(yīng)于單位像素的MOS晶體管。CMOS圖像傳 感器在各單位像素內(nèi)包括光電二極管和MOS晶體管，并且在切換模式下順 序地檢測(cè)各單位像素的電信號(hào)以獲得圖像。
由于CMOS圖像傳感器是使用CMOS技術(shù)制造的，從而其具有低功耗 的優(yōu)點(diǎn)。此外，由于需要較少數(shù)量的光學(xué)處理步驟(photo-processing steps)， 所以可以簡(jiǎn)化CMOS圖像傳感器的制造工藝。另外，由于控制器、信號(hào)處理 器、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器等可以集成在CMOS圖像傳感器芯片上，從而CMOS 圖像傳感器可以使得產(chǎn)品的尺寸最小化。因此，CMOS圖像傳感器廣泛地應(yīng) 用于包括數(shù)碼照相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等的各個(gè)領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種圖像傳感器及其制造方法，該圖像傳感器能 夠增加感測(cè)效率并防止相鄰像素之間的干擾。
根據(jù)實(shí)施例，圖像傳感器包括具有彼此相對(duì)的第一表面和第二表面的 半導(dǎo)體襯底、用于限定有源區(qū)同時(shí)從所述第一表面向所述第二表面延伸的隔 離層、在所述有源區(qū)中從所述第一表面向所述第二表面延伸的光電二極管、 設(shè)置為與所述第一表面相鄰并對(duì)應(yīng)于所述光電二極管的反射部以及形成為 與所述第二表面相鄰的透鏡部。
根據(jù)實(shí)施例，圖像傳感器的制造方法包括制備半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底形成有由隔離層限定的有源區(qū)；在所述有源區(qū)中形成光電二極管；在所 述光電二極管上形成反射部；在所述半導(dǎo)體襯底上形成像素電路部；以及在 所述半導(dǎo)體襯底下方形成透鏡部。
根據(jù)實(shí)施例，圖像傳感器包括半導(dǎo)體襯底、形成在半導(dǎo)體襯底上同時(shí) 限定有源區(qū)的隔離層、形成在有源區(qū)中的光電二極管、設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上 同時(shí)覆蓋光電二極管的反射部、電連接至光電二極管并設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上 的像素電路部、設(shè)置在像素電路部上的支撐襯底(support substrate)以及設(shè) 置在半導(dǎo)體襯底下的透鏡部。
根據(jù)實(shí)施例的圖像傳感器包括反射部，從而已經(jīng)從外部穿過(guò)光電二極管 的光可被反射回光電二極管。
根據(jù)實(shí)施例，反射部可形成為與光電二極管接觸，從而反射部與光電二 極管之間的漏電流能夠最小化。因此，根據(jù)實(shí)施例的圖像傳感器能夠防止由 漏電流導(dǎo)致的相鄰像素相互干擾。
尤其，在背側(cè)照明圖像傳感器的情況下，反射部能夠防止已經(jīng)穿過(guò)光電 二極管的光由于金屬互連件而被反射并且接著被入射到相鄰像素的光電二 極管上。
另外，無(wú)論金屬互連件的位置如何，根據(jù)實(shí)施例的圖像傳感器都能夠增 大光電二極管的面積。
因此，根據(jù)實(shí)施例的圖像傳感器能夠增加感測(cè)效率并防止相鄰像素相互 干擾。
另外，由于當(dāng)形成柵電極時(shí)反射部可與該柵電極一同形成，所以不需要 用于反射部的額外工藝。


圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器的電路圖； 圖2是示出圖1的圖像傳感器布局的平面圖； 圖3是沿圖2的線I-I'所取的剖視圖4a-圖4e是示出根據(jù)實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的制造方法的剖視
圖5是示出根據(jù)另一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器布局的平面圖；以及圖6是沿圖5的線n-ir所取的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
在實(shí)施例的描述中，需要理解，當(dāng)襯底、圖案、區(qū)域或?qū)由婕拔挥诹硪?襯底、另一圖案、另一區(qū)域或另一層"上"或者"下"時(shí)，其可以"直接" 或"間接"位于另一襯底、圖案、區(qū)域或?qū)由?，或者也可以存在一個(gè)或多個(gè) 中間層。進(jìn)一步地說(shuō)，位于每一層"上"或者"下"是基于附圖來(lái)確定的。 另外，附圖中所示的層的厚度或尺寸可以為了清楚解釋的目的而簡(jiǎn)化或夸 大。另外，每個(gè)元件的尺寸可以比其真實(shí)尺寸減小或放大。
圖1是示出根據(jù)一實(shí)施例的圖像傳感器的電路圖。圖2是示出圖1的圖
像傳感器布局的平面圖。圖3是沿圖2的線i-r所取的剖視圖。
參見(jiàn)圖1和圖2，圖像傳感器的像素P包括光電二極管PD，用于檢測(cè) 外部光；以及多個(gè)晶體管，用于控制存儲(chǔ)在光電二極管PD中的電荷的轉(zhuǎn)移 和/或輸出。根據(jù)本實(shí)施例，例如，像素P可包括四個(gè)晶體管。
像素P包括用于檢測(cè)光的光電二極管PD、轉(zhuǎn)移晶體管Tx、復(fù)位晶體 管Rx、選擇晶體管Sx以及存取晶體管Ax。
光電二極管PD串聯(lián)連接至轉(zhuǎn)移晶體管Tx和復(fù)位晶體管Rx。轉(zhuǎn)移晶體 管Tx的源極連接至光電二極管PD，轉(zhuǎn)移晶體管Tx的漏極430連接至復(fù)位 晶體管Rx的源極。電源電壓(supply voltage) Vdd施加至復(fù)位晶體管Rx的 漏極430。
轉(zhuǎn)移晶體管Tx的漏極430作為浮置擴(kuò)散層FD。浮置擴(kuò)散層FD連接至 選擇晶體管Sx的柵極。選擇晶體管Sx與存取晶體管Ax串聯(lián)連接。換言之， 選擇晶體管Sx的源極連接至存取晶體管Ax的漏極430。電源電壓Vdd施加 至存取晶體管Ax的漏極430和復(fù)位晶體管Rx的源極。選擇晶體管Sx的漏 極430對(duì)應(yīng)于輸出端，并且選擇信號(hào)施加至選擇晶體管Sx的柵極。
在下文中，將簡(jiǎn)要描述具有上述結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的像素P的運(yùn)作。在 復(fù)位晶體管Rx開(kāi)啟從而浮置擴(kuò)散層FD具有與電源電壓Vdd相同的電勢(shì) (electricpotential)之后，將復(fù)位晶體管Rx關(guān)閉。此操作稱(chēng)為復(fù)位操作。
如果外部光入射到光電二極管PD上，在光電二極管PD中產(chǎn)生電子空 穴對(duì)(EHP)，從而在光電二極管PD中存儲(chǔ)信號(hào)電荷。之后，當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管Tx開(kāi)啟，存儲(chǔ)在光電二極管PD中的信號(hào)電荷輸出至浮置擴(kuò)散層FD并存 儲(chǔ)在浮置擴(kuò)散層FD中。因此，浮置擴(kuò)散層FD的電勢(shì)與從光電二極管PD輸 出的信號(hào)電荷的電荷量成比例變化，從而存取晶體管Ax的柵極電勢(shì)發(fā)生變 化。在此情況下，如果選擇晶體管Sx由選擇信號(hào)Row開(kāi)啟，則數(shù)據(jù)輸出至 輸出端Out。在已經(jīng)輸出了數(shù)據(jù)之后，像素P執(zhí)行復(fù)位操作。像素P重復(fù)上 述操作，以將光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并輸出該電信號(hào)。
參見(jiàn)圖3， CMOS圖像傳感器包括半導(dǎo)體襯底100、隔離層200、光電二 極管PD、像素電路部400、反射部500、支撐襯底600以及透鏡部700。
半導(dǎo)體襯底100具有平板形形狀，并由硅制成。半導(dǎo)體襯底100非常薄 以使光從其中穿過(guò)。半導(dǎo)體襯底100具有彼此相對(duì)的頂部表面101和底部表 面102。
隔離層200形成在頂部表面101上。更詳細(xì)地，隔離層200從頂部表面 101向底部表面102延伸?？赏ㄟ^(guò)淺溝槽隔離(STI)工藝形成隔離層200。 隔離層200限定了半導(dǎo)體襯底100的有源區(qū)AR和非有源區(qū)(NR)。
光電二極管PD形成在半導(dǎo)體襯底100上。更詳細(xì)地，光電二極管PD 形成在有源區(qū)AR中。光電二極管PD從頂部表面101向底部表面102延伸。
光電二極管PD包括摻雜有低濃度n型雜質(zhì)的區(qū)域310以及摻雜有低濃 度p型雜質(zhì)的區(qū)域320。
像素電路部400形成在半導(dǎo)體襯底100上。像素電路部400與頂部表面 101相鄰。像素電路部400包括晶體管、絕緣層441、 442和443以及金屬 互連件。
晶體管包括轉(zhuǎn)移晶體管Tx、復(fù)位晶體管Rx、選擇晶體管Sx以及存取晶 體管Ax。在這些晶體管中，轉(zhuǎn)移晶體管Tx和復(fù)位晶體管Rx示于圖3。選 擇晶體管Sx和存取晶體管Ax具有與轉(zhuǎn)移晶體管Tx和復(fù)位晶體管Rx大體 上相同的結(jié)構(gòu)。
轉(zhuǎn)移晶體管Tx包括柵電極410、間隔件420以及漏極430。
柵電極410設(shè)置在半導(dǎo)體襯底100上，并且可由諸如多晶硅和硅化物的
之類(lèi)的材料制成。柵極絕緣層可插入到柵電極410和半導(dǎo)體襯底100之間。 間隔件420設(shè)置在柵電極410的側(cè)表面處。通過(guò)將低濃度和高濃度的雜
質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底100內(nèi)而形成漏極430。將漏極430作為浮置擴(kuò)散層FD。絕緣層441、 442以及443形成在半導(dǎo)體襯底100上，同時(shí)覆蓋晶體管 和反射部500。
金屬互連件450可設(shè)置在絕緣層441、 442以及443之間和/或設(shè)置在絕 緣層441、 442以及443的內(nèi)部。金屬互連件450可電連接至柵電極410和 漏極430。
反射部500形成在半導(dǎo)體襯底100上。反射部500與頂部表面101相鄰 同時(shí)對(duì)應(yīng)于光電二極管PD。更詳細(xì)地，反射部500與光電二極管PD接觸。
反射部500可由諸如多晶硅和硅化物之類(lèi)的材料制成。反射部500可由 與晶體管的柵電極410的材料相同的材料制成。
例如，反射部500可包括硅化物。
另外，反射部500與晶體管的柵電極410設(shè)置在同一個(gè)層上。
反射部500覆蓋光電二極管PD。反射部500具有比光電二極管PD更寬
的平面區(qū)(plan area)。
反射部500將穿過(guò)光電二極管PD的光阻擋，并且將光反射回光電二極
管PD。
支撐襯底600附于像素電路部400上。支撐襯底600支撐半導(dǎo)體襯底 100、像素電路部400以及透鏡部700。
透鏡部700設(shè)置于半導(dǎo)體襯底100下方。更詳細(xì)地，透鏡部700與底部 表面102相鄰。透鏡部700包括保護(hù)層710、濾色鏡720以及微透鏡730。
保護(hù)層710形成于半導(dǎo)體襯底100下方。
濾色鏡720形成于保護(hù)層720下方，以對(duì)穿過(guò)該濾色鏡720的外部光進(jìn) 行過(guò)濾，從而僅特定顏色的光可以穿過(guò)濾色鏡720。
微透鏡730形成在濾色鏡720下，以聚集外部光并將外部光輸出至光電 二極管PD。微透鏡730可為具有凸曲線表面的凸透鏡。
外部光在微透鏡730上聚集并且接著經(jīng)由底部表面102入射至半導(dǎo)體襯 底100上。使已經(jīng)入射至半導(dǎo)體襯底100上的光入射至光電二極管PD上。
入射至光電二極管PD上的一部分光穿過(guò)光電二極管PD。已經(jīng)穿過(guò)光電 二極管PD的光反射部500反射并且接著再次入射至光電二極管PD上。
因此，根據(jù)實(shí)施例，光電二極管PD可以將大量的光轉(zhuǎn)換成信號(hào)電荷， 并且CMOS圖像傳感器可有效地感應(yīng)外部光。由于反射部500與光電二極管PD接觸，所以反射部500與光電二極管 PD之間的漏電流可最小化。因此，在根據(jù)實(shí)施例的CMOS圖像傳感器中， 可以最小化由漏電流導(dǎo)致的相鄰像素之間的干擾。
尤其，反射部500可防止已經(jīng)穿過(guò)光電二極管PD的光從金屬互連件450 反射并接著入射至相鄰像素的光電二極管上。
因此，根據(jù)實(shí)施例的CMOS圖像傳感器能夠增加感測(cè)效率并防止相鄰像 素彼此干擾。
圖4a-圖4e為示出根據(jù)實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的制造方法的剖視圖。
參見(jiàn)圖4a，經(jīng)由STI工藝在半導(dǎo)體襯底100上形成隔離層200，以限定 半導(dǎo)體襯底100上的有源區(qū)AR和非有源區(qū)NR。
將低濃度n型雜質(zhì)和低濃度p型雜質(zhì)選擇性地注入到深度不同的有源區(qū) AR中，從而形成包括摻雜有低濃度n型雜質(zhì)的區(qū)域310以及摻雜有低濃度p 型雜質(zhì)的區(qū)域320的光電二極管PD。
參見(jiàn)圖4b，在形成光電二極管PD之后，在半導(dǎo)體襯底IOO上形成多晶 硅層。之后，將多晶硅層圖案化，從而在半導(dǎo)體襯底IOO上形成初始反射部 500a和多晶柵410a。在此情況下，初始反射部500a覆蓋光電二極管PD。初 始反射部500a具有比光電二極管PD更寬的平面區(qū)。
參見(jiàn)圖4c，在多晶柵410a的側(cè)表面上形成間隔件420。之后，將高濃度 n型離子選擇性地注入到所得結(jié)構(gòu)內(nèi)，從而形成漏極430。
接著，在初始反射部500a和多晶柵410a上形成金屬層，該金屬層并且 通過(guò)熱處理工藝與該初始反射部500a和該多晶柵410a反應(yīng)。
從而，形成了由硅化物制成的反射部500和柵電極410。
參見(jiàn)圖4d，形成絕緣層441、 442以及443以覆蓋半導(dǎo)體襯底100，并 且在絕緣層441、 442以及443之間形成金屬互連件。
之后，將支撐襯底600附于最上面的絕緣層443。
參見(jiàn)圖4e，研磨半導(dǎo)體襯底100的下部，從而使半導(dǎo)體襯底100的厚度 足以允許光從其中穿過(guò)。在此情況下，半導(dǎo)體襯底IOO通過(guò)化學(xué)拋光(CMP) 工藝被拋光。
然后，在將半導(dǎo)體襯底100倒轉(zhuǎn)之后，在半導(dǎo)體襯底IOO上形成保護(hù)層710、濾色鏡720以及微透鏡730。
由于當(dāng)形成柵電極410時(shí)，反射部500與該柵電極410—同形成，從而 根據(jù)實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的制造方法不使用額外掩模工藝而提供了 具有改進(jìn)的感測(cè)效率的CMOS圖像傳感器。
圖5是示出根據(jù)另一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器布局的平面圖，并且圖
6是沿圖5的線n-ir所取的剖視圖。在此實(shí)施例中，將關(guān)注反射部作出描述，
并且將不再進(jìn)一步描述在前述實(shí)施例中描述過(guò)的元件和結(jié)構(gòu)，以避免重復(fù)。
參見(jiàn)圖5和圖6，反射部510形成在與半導(dǎo)體襯底100相鄰的絕緣層441 上。換言之，絕緣層441插入到反射部510和半導(dǎo)體襯底100之間。
反射部510覆蓋整個(gè)光電二極管PD。反射部510形成在與柵電極410 不同的層上。
詳細(xì)地說(shuō)，當(dāng)在半導(dǎo)體襯底100上形成晶體管和絕緣層441之后，在所
得結(jié)構(gòu)上形成反射部510。
因此，無(wú)論柵電極410的位置如何，反射部510都可形成為更廣。 與圖5和圖6不同，可在與金屬互連件相同的層上形成反射部510。反
射部510可由與金屬互連件的材料相同的材料制成。反射部可與金屬互連件
一同形成。
更詳細(xì)地，反射部510可由與設(shè)置在第一絕緣層441上的金屬互連件的 材料相同的材料制成，并且與該金屬互連件形成在相同的層上。另外，反射 部510可形成在第一絕緣層411上。
因此，由于在形成金屬互連件的工藝中形成了反射部510，所以不需要 額外的工藝來(lái)形成反射部510。
從而，可以容易地形成反射部510。
因此，根據(jù)本實(shí)施例的CMOS圖像傳感器可以有效地將己經(jīng)穿過(guò)光電二 極管PD的光反射至光電二極管PD，從而可以有效地感測(cè)外部光。
本說(shuō)明書(shū)中所涉及的"一實(shí)施例"、"實(shí)施例"、"示例性實(shí)施例"等， 其含義是結(jié)合實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性均包括在本發(fā)明的至少一 個(gè)實(shí)施例中。說(shuō)明書(shū)中出現(xiàn)于各處的這些短語(yǔ)并不一定都涉及同一個(gè)實(shí)施 例。此外，當(dāng)結(jié)合任何實(shí)施例描述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性時(shí)，都認(rèn)為其落在 本領(lǐng)域技術(shù)人員結(jié)合其它實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)這些特征、結(jié)構(gòu)或特性的范圍內(nèi)。雖然以上參考本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)施例而對(duì)實(shí)施例進(jìn)行了描述，但應(yīng) 理解的是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以推導(dǎo)出落在此公開(kāi)原理的精神和范圍內(nèi) 的大量的其它變化和實(shí)施例。更具體地，可以在此公開(kāi)、附圖以及所附權(quán)利 要求書(shū)的范圍內(nèi)對(duì)組件和/或主要組合排列中的設(shè)置進(jìn)行各種改變與變化。除 了組件和/或設(shè)置的改變與變化之外，本發(fā)明的其他應(yīng)用對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而 言也是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，包括半導(dǎo)體襯底，具有彼此相對(duì)的第一表面和第二表面；隔離層，用于限定有源區(qū)同時(shí)從所述第一表面向所述第二表面延伸；光電二極管，在所述有源區(qū)中從所述第一表面向所述第二表面延伸；反射部，設(shè)置為與所述第一表面相鄰并對(duì)應(yīng)于所述光電二極管；以及透鏡部，形成為與所述第二表面相鄰。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像傳感器，還包括 像素電路部，形成為與所述第一表面相鄰；以及 支撐襯底，附著于所述像素電路部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像傳感器，其中，所述反射部包括多晶硅或 硅化物并覆蓋所述光電二極管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述反射部的平面區(qū)比所述 光電二極管的平面區(qū)更寬，并且所述反射部與所述光電二極管直接接觸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中所述像素電路部包括多個(gè)柵 電極，并且所述反射部形成在與所述柵電極的層相同的層上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像傳感器，還包括絕緣層，所述絕緣層插入 在所述反射部和所述光電二極管之間。
7. —種圖像傳感器的制造方法，所述方法包括 制備半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底形成有由隔離層限定的有源區(qū)； 在所述有源區(qū)中形成光電二極管；在所述光電二極管上形成反射部； 在所述半導(dǎo)體襯底上形成像素電路部；以及 在所述半導(dǎo)體襯底下方形成透鏡部。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括 將支撐襯底附著于所述像素電路部;以及 研磨所述半導(dǎo)體襯底的下部。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中形成所述反射部包括 在所述光電二極管上形成硅層；以及 將所述硅層硅化。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中形成所述像素電路部包括 在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵電極，其中所述柵電極和所述反射部被同時(shí) 形成；在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵電極；以及在所述半導(dǎo)體襯底上形成覆蓋所述柵電極的絕緣層，其中所述反射部形 成在所述絕緣層上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種圖像傳感器及其制造方法。該圖像傳感器包括具有彼此相對(duì)的第一表面和第二表面的半導(dǎo)體襯底、用于限定有源區(qū)同時(shí)從所述第一表面向所述第二表面延伸的隔離層、在所述有源區(qū)中從所述第一表面向所述第二表面延伸的光電二極管、設(shè)置為與所述第一表面相鄰并對(duì)應(yīng)于所述光電二極管的反射部以及形成為與所述第二表面相鄰的透鏡部。
文檔編號(hào)H04N5/335GK101640211SQ200910164920
公開(kāi)日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月29日
發(fā)明者勛 張 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司