專(zhuān)利名稱(chēng)：圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
示例性實(shí)施例涉及圖像傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。近來(lái)在計(jì)算機(jī)業(yè)和電信業(yè)的發(fā)展已經(jīng)導(dǎo)致 在各種應(yīng)用中對(duì)高性能圖像傳感器的需求的增加，這些應(yīng)用包括數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、個(gè)人通 訊系統(tǒng)(PCS)、安全攝像機(jī)和醫(yī)學(xué)微型照相機(jī)的。特別地，MOS圖像傳感器能夠通過(guò)各種掃描技術(shù)而易于被驅(qū)動(dòng)和實(shí)施。此外，由于 信號(hào)處理電路集成在單個(gè)芯片中，所以MOS圖像傳感器的使用將減小產(chǎn)品的尺寸，同時(shí)由 于能夠兼容地使用MOS工藝技術(shù)而降低了制造成本。由于低功耗，MOS圖像傳感器能夠容 易地應(yīng)用于電池供電的產(chǎn)品。因此，由于技術(shù)的進(jìn)步和高分辨率的實(shí)現(xiàn)，MOS圖像傳感器的 使用已經(jīng)迅速增加。MOS圖像傳感器包括光電轉(zhuǎn)換單元，檢測(cè)入射光的強(qiáng)度；以及多個(gè)金屬互連層， 輸出存儲(chǔ)在光電轉(zhuǎn)換單元中的光信號(hào)。由于入射光被金屬配線層反射或者被層間電介質(zhì)層 吸收，所以MOS圖像傳感器的靈敏度會(huì)降低。而且，反射光可以被吸收到相鄰像素中，從而 引起像素之間的串?dāng)_。因此，為了解決上述問(wèn)題，近來(lái)已經(jīng)提出了背面照射(Bi)的圖像傳感器，其中襯 底的背面被拋光，并且光從襯底的正面入射。由于BI圖像傳感器沒(méi)有金屬配線層形成在光 入射的正面上，所以入射光不會(huì)被金屬配線層反射也不會(huì)被層間電介質(zhì)層吸收。

發(fā)明內(nèi)容
示例性實(shí)施例提供了一種設(shè)計(jì)成穩(wěn)定保持阱的電勢(shì)的圖像傳感器。示例性實(shí)施例還提供了能夠穩(wěn)定保持阱的電勢(shì)的圖像傳感器的制造方法。示例性實(shí)施例的這些和其它的目的將在以下對(duì)示例性實(shí)施例的描述中說(shuō)明或者 從以下對(duì)示例性實(shí)施例的描述而變得明顯。根據(jù)示例性實(shí)施例的一個(gè)方面，提供了一種圖像傳感器，該圖像傳感器包括襯 底，具有像素區(qū)域和非像素區(qū)域，該像素區(qū)域包括多個(gè)單位像素；在非像素區(qū)域中的至少一 個(gè)第一阱；互連結(jié)構(gòu)，在襯底的第一面上；以及基礎(chǔ)阱(base well)，在非像素區(qū)域中且在 至少一個(gè)第一阱與襯底的第二面之間。根據(jù)示例性實(shí)施例的另一個(gè)方面，提供了一種圖像傳感器，該圖像傳感器包括襯 底，具有像素區(qū)域和非像素區(qū)域，該像素區(qū)域包括多個(gè)單位像素；在非像素區(qū)域中的多個(gè)第 一阱；互連結(jié)構(gòu)，在襯底的第一面上；以及基礎(chǔ)阱，在非像素區(qū)域中，該基礎(chǔ)阱具有比多個(gè) 第一阱的摻雜濃度更高的摻雜濃度。多個(gè)第一阱接觸基礎(chǔ)阱，并且如果多個(gè)第一阱中的至 少一個(gè)接收第一阱偏壓(well-bias)，則圖像傳感器被構(gòu)造為通過(guò)基礎(chǔ)阱在多個(gè)第一阱當(dāng) 中共享第一阱偏壓。根據(jù)示例性實(shí)施例的另一個(gè)方面，提供了一種制造圖像傳感器的方法，該方法包括在襯底的非像素區(qū)域中形成第一阱；在襯底的第一面上形成互連結(jié)構(gòu)；以及在非像素 區(qū)域中第一阱與襯底的第二面之間形成基礎(chǔ)阱。


通過(guò)參照附圖更詳細(xì)地描述示例性實(shí)施例，示例性實(shí)施例的以上和其它的特征以 及優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，附圖中圖1是用于解釋在根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像傳感器1中的像素區(qū)域I和非像素區(qū) 域II的示意圖；圖2是圖像傳感器沿圖1的線A-A，截取的截面圖；圖3A至圖3C是用于解釋在圖1所示的圖像傳感器中保持阱的電勢(shì)的方法的示意 圖；圖4是用于解釋其上實(shí)現(xiàn)有根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像傳感器的芯片的方框圖；圖5至圖7是用于解釋包括根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像傳感器的基于處理器的系統(tǒng) 的示意圖；圖8是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法的流程圖；圖9至圖17示出在圖8所示的制造圖像傳感器的方法中的中間工藝步驟；圖18是示出根據(jù)另一示例性實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法的流程圖；以及圖19至圖21示出在圖18所示的圖像傳感器的制造方法中的中間工藝步驟。
具體實(shí)施例方式通過(guò)參照以下對(duì)示例性實(shí)施例的描述以及附圖，示例性實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)和特征以及 實(shí)現(xiàn)其的方法可以更易于理解。然而，示例性實(shí)施例可以以多種不同的形式實(shí)施，而不應(yīng)被 解釋為限于這里闡述的實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例是為了使本公開(kāi)透徹和完整，并將示 例性實(shí)施例的理念充分傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員，示例性實(shí)施例將僅由權(quán)利要求書(shū)限定。在 附圖中，為清晰起見(jiàn)，層和區(qū)域的尺寸及相對(duì)尺寸可以被夸大。這里所用的術(shù)語(yǔ)僅僅是為了描述特定實(shí)施例，并非要限制示例性實(shí)施例。如此處 所用的，除非上下文另有明確表述，否則單數(shù)形式“一”和“該”均同時(shí)旨在包括復(fù)數(shù)形式。 還應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“包含”，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用時(shí)，指定了所述特征、整體、步 驟、操作、元件和/或組件的存在，但并不排除一個(gè)或多個(gè)其它的特征、整體、步驟、操作、元 件、組件和/或其組合的存在或增加。如此處所用的，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)所列 相關(guān)項(xiàng)目的任何及所有組合。相似的附圖標(biāo)記始終指代相似的元件。應(yīng)當(dāng)理解，雖然這里可使用術(shù)語(yǔ)第一、第二等描述各種元件，但這些元件不應(yīng)受限 于這些術(shù)語(yǔ)。這些術(shù)語(yǔ)僅用于將一個(gè)元件與另一元件區(qū)別開(kāi)。因此，以下討論的第一元件、 第一組件或第一部分可以在不背離示例性實(shí)施例的教導(dǎo)的前提下被稱(chēng)為第二元件、第二組 件或第二部分。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)稱(chēng)一個(gè)元件或?qū)釉诹硪辉驅(qū)印吧稀?、“連接到”或“耦接到”另一元 件或?qū)訒r(shí)，它可以直接在另一元件或?qū)由?、直接連接到或耦接到另一元件或?qū)樱蛘哌€可以 存在插入的元件或?qū)?。相反，?dāng)稱(chēng)一個(gè)元件“直接在”另一元件或?qū)印吧稀?、“直接連接到”或 “直接耦接到”另一元件或?qū)訒r(shí)，不存在插入的元件或?qū)印?br> 為便于描述此處可以使用諸如“在…之下”、“在…下面”、“下(lower)”、“在…之 上”、“上(upper)”等空間相對(duì)性術(shù)語(yǔ)以描述如附圖所示的一個(gè)元件或特征與另一個(gè)(些) 元件或特征之間的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解，空間相對(duì)性術(shù)語(yǔ)是用來(lái)概括除附圖所示取向之外器件 在使用或操作中的不同取向。這里參照截面圖描述示例性實(shí)施例，這些截面圖為理想化示例性實(shí)施例的示意 圖。因而，舉例來(lái)說(shuō)，由制造技術(shù)和/或公差引起的插圖形狀的變化是可能發(fā)生的。因此，示 例性實(shí)施例不應(yīng)被解釋為限于此處示出的區(qū)域的特定形狀，而是包括由例如制造引起的形 狀偏差在內(nèi)。例如，圖示或描述為平坦的區(qū)域可以通常具有粗糙和/或非線性的特征。此 外，示出的銳角可以是倒圓的。因此，附圖中示出的區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上是示意性的，它們的形狀并 非要示出區(qū)域的精確形狀，也并非要限制示例性實(shí)施例的范圍。在下文，將參照?qǐng)D1至圖3C描述根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的圖像傳感器1。圖1是 用于解釋在根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像傳感器1中的像素區(qū)域I和非像素區(qū)域II的示意圖， 圖2是圖像傳感器沿圖1的線A-A’截取的截面圖，圖3A至圖3C是用于解釋圖1所示的圖 像傳感器中保持阱的電勢(shì)的方法的示意圖。參照?qǐng)D2，像素區(qū)域I包括電荷傳輸元件、驅(qū)動(dòng)元件、復(fù)位元件和選擇元件。非像素 區(qū)域II包括電阻器、電容器以及與讀出元件同時(shí)形成的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)元 件。這些元件能夠以本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的多種配置來(lái)實(shí)施。為了避免模糊的理解，這 些元件將不被披露，也沒(méi)有被指定附圖標(biāo)記和詳細(xì)地描述。首先，參照?qǐng)D1和圖2，襯底110具有定義在其上的像素區(qū)域I和除像素區(qū)域I之 外的非像素區(qū)域II，像素區(qū)域I包括多個(gè)單位像素。雖然圖1示出像素區(qū)域I被非像素區(qū) 域II圍繞，但是示例性實(shí)施例的方面不限于此。此外，盡管沒(méi)有在圖1中示出，但是非像素 區(qū)域II可以包括具有用于控制多個(gè)單位像素的電路的外圍電路區(qū)域和具有多個(gè)焊墊的焊 墊區(qū)域。多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件，例如光電二極管(PD)，形成在襯底110的像素區(qū)域I中，而多 個(gè)柵極123設(shè)置在襯底110上。例如，柵極123可以是用于電荷傳輸元件、復(fù)位元件和驅(qū)動(dòng) 元件的柵極。各種類(lèi)型的襯底能夠用作襯底110。例如，襯底110可以為P型和N型的體 (bulk)襯底、其上生長(zhǎng)有P或N-印i (外延)層的P型體襯底、或者其上生長(zhǎng)有P或N-印i 層的N型體襯底。代替半導(dǎo)體襯底，有機(jī)塑料襯底可以用作襯底110。如圖2所示，襯底110 可以包括在使用拋光工藝(后面參照?qǐng)D12來(lái)描述)移除體襯底之后保留的外延層。通過(guò) 使用拋光工藝移除體襯底，能夠改善根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像傳感器的短波長(zhǎng)靈敏度。對(duì)應(yīng)于非像素區(qū)域II的襯底110中形成有第一導(dǎo)電類(lèi)型(例如P型)的第一阱 112、第二導(dǎo)電類(lèi)型(例如N型)的第二阱114以及基礎(chǔ)阱137。參照?qǐng)D2，多個(gè)第一阱112形成在襯底110內(nèi)，第二阱114插設(shè)在其間。例如，至少 一個(gè)第二阱114可以將第一阱112分為多個(gè)區(qū)域。此外，第一阱112和第二阱114可以與 襯底110的正面FS接觸。在這種情況下，第一阱112和第二阱114可以直接地或通過(guò)接觸 阱(未示出)形成在襯底110的正面FS上，形成接觸阱以分別向第一阱112和第二阱114 施加阱偏壓。第一阱112和第二阱114不限制于此，并可以以各種其它的方式布置。基礎(chǔ)阱137設(shè)置在第一阱112 (和第二阱114)與襯底110的背面BS之間。例如， 如果襯底110沿厚度方向分為兩個(gè)區(qū)域，也就是具有襯底110的正面FS的下部區(qū)域和具有襯底110的背面BS的上部區(qū)域，則第一阱112和第二阱114形成在襯底110的下部區(qū)域中， 而基礎(chǔ)阱137形成在襯底110的上部區(qū)域中。也就是，基礎(chǔ)阱137可以形成為襯底110中
的單個(gè)層。在這種情況下，基礎(chǔ)阱137有選擇地形成在對(duì)應(yīng)于非像素區(qū)域II的襯底110的至 少一部分上。也就是，基礎(chǔ)阱137形成在非像素區(qū)域II的一部分中或者整個(gè)非像素區(qū)域II 中，而不形成在像素區(qū)域I中。通過(guò)僅在非像素區(qū)域II中有選擇地形成基礎(chǔ)阱137，可以獲 得與當(dāng)子襯底(sub-substrate)有選擇地存在于非像素區(qū)域II中時(shí)相同的效果。基礎(chǔ)阱137可以作為單層形成在對(duì)應(yīng)于非像素區(qū)域II的襯底110的一部分中，使 得基礎(chǔ)阱137與多個(gè)第一阱112中的至少一個(gè)接觸。因此，當(dāng)?shù)谝悔迤珘罕皇┘拥蕉鄠€(gè)第 一阱112中的一個(gè)時(shí)，多個(gè)第一阱112的電勢(shì)能夠通過(guò)基礎(chǔ)阱137保持在特定的水平，這將 在以下參照?qǐng)D3A至圖3C更詳細(xì)地描述?；A(chǔ)阱137可以具有與第一阱112相同的導(dǎo)電類(lèi)型。例如，如果第一阱112具有P 型導(dǎo)電性，則基礎(chǔ)阱137也可以具有P型導(dǎo)電性。例如，P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)可以包括硼(B)、 硼氟化物(BF2)、三氟化硼(BF3)或磷(P)。此外，基礎(chǔ)阱137具有比第一阱112的摻雜濃度更高的摻雜濃度，這意味著注入到 基礎(chǔ)阱137中的雜質(zhì)的濃度高于注入到第一阱112中的雜質(zhì)的濃度。第一阱112可以具有與第二阱114的導(dǎo)電類(lèi)型相反的導(dǎo)電類(lèi)型。例如，如果第一 阱112具有P型導(dǎo)電性，則第二阱114可以具有N型導(dǎo)電性。與第一阱偏壓不同的第二阱 偏壓可以被施加至第二阱114。盡管沒(méi)有參照?qǐng)D3A至圖3C進(jìn)行描述，但是第一阱112和第 二阱114可以具有多種布置、形狀和濃度?；ミB結(jié)構(gòu)122以及124a至124c設(shè)置在襯底110的正面FS上?；ミB結(jié)構(gòu)122以 及124a至124c包括多層的層間電介質(zhì)層122和依次形成在像素區(qū)域I和非像素區(qū)域II 中的多個(gè)互連(interconnect) 124a至124c。多個(gè)互連124a至124c可以由諸如鋁(Al)或 銅(Cu)的金屬制成。盡管不能在圖2中看到，但是互連結(jié)構(gòu)還可以包括形成在非像素區(qū)域 II的焊墊區(qū)域中的子焊墊(sub-pad)。為了向通過(guò)拋光變薄的襯底110提供足夠的強(qiáng)度，支撐襯底132固定地附接到互 連結(jié)構(gòu)122以及124a至124c。支撐襯底132可以為半導(dǎo)體襯底或由能夠提供機(jī)械強(qiáng)度的 任何其它的材料制成的襯底。例如，支撐襯底132可以為硅襯底或玻璃襯底。為了將互連結(jié)構(gòu)122以及124a至124c附接到支撐襯底132上，粘結(jié)層134a和 134b可以插入在其間。例如，如果支撐襯底132是硅襯底，則粘結(jié)層134a和134b可以由硅 氧化物制成。釘扎層139和BS絕緣層140形成在襯底110的背面BS上。釘扎層139可以形成在襯底110的背面BS的一部分上或者整個(gè)背面BS上。例 如，如果不使用掩模，釘扎層139可以形成在像素區(qū)域I和非像素區(qū)域II中。在這種情況 下，僅釘扎層139形成在對(duì)應(yīng)于像素區(qū)域I的襯底110的背面BS上，而基礎(chǔ)阱137和釘扎 層139都形成在對(duì)應(yīng)于非像素區(qū)域II的背面BS上。在非像素區(qū)域II中，釘扎層139形成 在比基礎(chǔ)阱137更靠近襯底110的背面BS的位置。也就是，與基礎(chǔ)阱137相比，釘扎層139 形成在襯底110的上部上。如果形成在像素區(qū)域I中的光電轉(zhuǎn)換元件是N型光電二極管(PD)，則可以形成P+型釘扎層，從而通過(guò)減少在襯底110的背面BS上熱產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)(EHP)來(lái)減小暗電 流。根據(jù)應(yīng)用，可以省略釘扎層139。根據(jù)示例性實(shí)施例，BS絕緣層140包括抗反射層142和緩沖層144?？狗瓷鋵?42 的材料/厚度可以根據(jù)將在光工藝中使用的光的波長(zhǎng)而變化。例如，抗反射層142可以包 括具有約50至約200人的厚度的硅氧化物層和具有約300至約500A的厚度的硅氮化物層 的疊層。緩沖層144形成在抗反射層142上，從而防止在非像素區(qū)域II內(nèi)形成焊墊(未 示出)的圖案化工藝期間對(duì)襯底110的損傷。例如，緩沖層144可以是具有約3000至約 8000A的厚度的硅氧化物層。濾色器197和微透鏡198對(duì)應(yīng)于其中已形成光電二極管(PD)的像素區(qū)域I布置 在襯底110的背面BS上。盡管沒(méi)有在圖2中示出，但是平坦化層可以形成在濾色器197與 微透鏡198之間或在濾色器197下面。盡管不能在圖2中看到，但是焊墊可以設(shè)置在對(duì)應(yīng)于非像素區(qū)域II的襯底110的 背面BS上。子焊墊和焊墊通過(guò)BS絕緣層140和貫穿襯底110的接觸(contact)而彼此電 連接。根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像傳感器1包括選擇性地形成在非像素區(qū)域II中的基礎(chǔ) 阱137。因此，施加到多個(gè)第一阱112之一的第一阱偏壓能夠通過(guò)基礎(chǔ)阱137與另一個(gè)第一 阱112共享。由于這種配置，圖像傳感器1能夠穩(wěn)定地保持第一阱112的電勢(shì)。將參照?qǐng)D 3A至圖3C更詳細(xì)地描述穩(wěn)定保持第一阱112的電勢(shì)的方法。圖3A和圖3B示出如圖1和圖2所示的結(jié)構(gòu)，其中基礎(chǔ)阱137形成在對(duì)應(yīng)于非像 素區(qū)域II的襯底Iio的背面BS上，第一阱偏壓被施加到襯底110的正面FS。圖3C示出其 中N型導(dǎo)電的第一阱118a至118c被P型導(dǎo)電的第二阱119a至119b彼此分離的結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D3A和圖3B，第一阱偏壓可以通過(guò)襯底110的正面FS施加到第一阱112b。 在這種情況下，為了減小用于將阱偏壓施加到襯底110的正面FS的單獨(dú)額外空間的尺寸， 第一阱偏壓可以不單獨(dú)地施加到多個(gè)第一阱112a、112b和112c中的每個(gè)。如上所述，由于 基礎(chǔ)阱137接觸多個(gè)第一阱112a、112b和112c，所以電流Il可以從第一阱112a流向基礎(chǔ) 阱137，并且電流12可以從第一阱112c流向基礎(chǔ)阱137。電流Il和12在基礎(chǔ)阱137中匯 合，其使電流13流入被施加接地電壓GND的第一阱112b。因此，即使第一阱112a、112b和 112c通過(guò)第二阱114a和114b而彼此分離，但是它們能夠保持穩(wěn)定的電勢(shì)。參照?qǐng)D3C，當(dāng)?shù)谝悔?18a、118b和118c具有N型導(dǎo)電性時(shí)，第一阱偏壓可以為電 源電壓VDD。第一阱118a、118b和118c通過(guò)第二阱119a和119b而彼此隔離。電源電壓 VDD能夠通過(guò)基礎(chǔ)阱137施加到第一阱118a和118c?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D4至圖7來(lái)描述使用根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像傳感器的系統(tǒng)。圖4 是用于解釋其上實(shí)現(xiàn)有根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像傳感器的芯片200的方框圖。圖5至圖7 是用于解釋包括根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像傳感器的基于處理器的系統(tǒng)的示意圖。圖5、圖 6A和6B以及圖7分別示出計(jì)算機(jī)系統(tǒng)300、照相機(jī)系統(tǒng)400和500以及移動(dòng)電話系統(tǒng)450。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的，根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像傳感器能夠使用在其它系 統(tǒng)中，諸如掃描儀、機(jī)械時(shí)鐘系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、視頻電話、監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)聚焦系統(tǒng)、跟蹤裝 置、運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和圖像穩(wěn)定系統(tǒng)。參照?qǐng)D4，芯片200包括具有傳感器陣列210、定時(shí)發(fā)生器220、行解碼器230、行驅(qū)動(dòng)器240、相關(guān)雙采樣器(⑶S) 250、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 260、鎖存器270和列解碼器280，其中 傳感器陣列210包括二維陣列的像素，每個(gè)像素包括感光元件。傳感器陣列210包括二維布置的多個(gè)單位像素。多個(gè)單位像素將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成 電信號(hào)。傳感器陣列210響應(yīng)于從行驅(qū)動(dòng)器240接收的包括行選擇信號(hào)、復(fù)位信號(hào)和電荷 傳輸信號(hào)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而工作。傳感器陣列210還通過(guò)垂直信號(hào)線向⑶S 250提供電信號(hào)。定時(shí)發(fā)生器220向行解碼器230和列解碼器280提供定時(shí)信號(hào)和控制信號(hào)。根據(jù) 來(lái)自行解碼器230的解碼結(jié)果，行驅(qū)動(dòng)器240向傳感器陣列210提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)以驅(qū)動(dòng)單位 像素。當(dāng)單位像素以矩陣形式布置時(shí)，通常向每行的單位像素提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。⑶S 250通過(guò)垂直信號(hào)線接收來(lái)自傳感器陣列210的電信號(hào)，并對(duì)接收的電信號(hào) 進(jìn)行保持(holding)和采樣操作。也就是，CDS 250雙路采樣電信號(hào)的噪聲電平和信號(hào)電 平，并輸出對(duì)應(yīng)于噪聲電平與信號(hào)電平之間差異的差分電平(differential level)。ADC 260將對(duì)應(yīng)于差分電平的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并輸出數(shù)字信號(hào)。鎖存器 270鎖存該數(shù)字信號(hào)。根據(jù)來(lái)自列解碼器280的解碼結(jié)果，被鎖存的信號(hào)隨后被輸出到圖像 信號(hào)處理器(未示出)。圖4中示出的所有功能塊能夠在單個(gè)芯片中實(shí)現(xiàn)或用多個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)。例如，當(dāng)定 時(shí)發(fā)生器220用一個(gè)芯片構(gòu)造時(shí)，其余的芯片可以集成到單個(gè)芯片中。例如，這些芯片能夠 在封裝(package)中實(shí)現(xiàn)。參照?qǐng)D5，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)300包括中央處理器(CPU) 320，例如微處理器，其能夠通過(guò) 總線305與輸入/輸出(I/O)元件330進(jìn)行通訊。圖像傳感器310能夠通過(guò)總線305或 另一通訊連接與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)300進(jìn)行通訊。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)300還可以包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RAM) 340和/或端口 360，端口 360配置成通過(guò)總線305與CPU 320進(jìn)行通訊。端口 360可 以耦接到顯卡、聲卡、存儲(chǔ)卡或通用串行總線(USB)器件，或者可以與另一系統(tǒng)進(jìn)行通訊。 圖像傳感器310能夠與CPU、數(shù)字信號(hào)處理器或微處理器集成。備選地，圖像傳感器310可 以與存儲(chǔ)器集成。如果需要，圖像傳感器310可以集成在不同于處理器的芯片上。參照?qǐng)D6A，照相機(jī)系統(tǒng)400包括圖像傳感器封裝410，圖像傳感器封裝410具有通 過(guò)接合引線安裝在印刷電路板411上的圖像傳感器413。殼體420附接到印刷電路板411 并保護(hù)印刷電路板411和圖像傳感器413免受外部環(huán)境影響。殼體420包括透鏡鏡筒單元421，要被拍照的圖像從其穿過(guò)；保護(hù)蓋422，設(shè)置在 透鏡鏡筒單元421的外端上；以及抗反射/紅外線屏蔽濾波器423，設(shè)置在透鏡鏡筒單元 421的內(nèi)端上。透鏡424安裝在透鏡鏡筒單元421中，并能夠沿透鏡鏡筒單元421中的螺紋 移動(dòng)。參照?qǐng)D6B，照相機(jī)系統(tǒng)500包括使用通孔572的圖像傳感器封裝501。當(dāng)使用通 孔572時(shí)，圖像傳感器570能夠與印刷電路板560電連接，而不用使用引線接合工藝。附圖 標(biāo)記520、540和527分別代表第一透鏡、第二透鏡和透鏡組件。附圖標(biāo)記505、545、510和 530分別代表支撐件、孔、透明基板和玻璃。參照?qǐng)D7，移動(dòng)電話系統(tǒng)450具有嵌入在其特定位置處的圖像傳感器452。對(duì)于本 領(lǐng)域技術(shù)人員明顯地，除了圖7所示的位置之外，圖像傳感器452能夠附接在不同的位置。將參照?qǐng)D8至圖17來(lái)描述根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法。圖8是 示出根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法的流程圖。圖9至圖17示出在圖8所示的圖像傳感器的制造方法中的中間工藝步驟。參照?qǐng)D8和圖9，提供具有限定在其上的像素區(qū)域I和非像素區(qū)域II的襯底 IlO(SllO)。然后第一阱112形成在對(duì)應(yīng)于非像素區(qū)域II的襯底110中(S120)。更具體地，使用淺溝槽隔離(STI)或深溝槽隔離(DTI)在襯底110和IlOa中形成 器件隔離區(qū)域(未示出)，以在襯底110上限定像素區(qū)域I和非像素區(qū)域II。例如，襯底 1 IOa可以為P型或N型體襯底，或者是形成在P型或N型體襯底上的P或N外延層。隨后，在像素區(qū)域I中形成多個(gè)像素。更具體地，在像素區(qū)域I中提供光電轉(zhuǎn)換元 件，也就是光電二極管(PD)，而在像素區(qū)域I上提供多個(gè)柵極123。柵極123可以是用于電 荷傳輸元件、復(fù)位元件和驅(qū)動(dòng)元件的柵極。此后，在非像素區(qū)域II中形成第一導(dǎo)電類(lèi)型(例如P型)的第一阱112和第二導(dǎo) 電類(lèi)型(例如N型)的第二阱114。第一阱112和第二阱114可以具有多種布置、形狀和濃度。參照?qǐng)D8和圖10，在襯底110的正面FS上形成互連結(jié)構(gòu)122以及124a至 124c (S130)?；ミB結(jié)構(gòu)122以及124a至124c包括層間電介質(zhì)層122和依次形成在像素區(qū) 域I和非像素區(qū)域II中的多個(gè)互連124a至124c。參照?qǐng)D8和圖11，支撐襯底132被附接到互連結(jié)構(gòu)122以及124a至124c上 (S140)。更具體地，當(dāng)粘結(jié)層134a施加到互連結(jié)構(gòu)122以及124a至124c上以平坦化其表 面時(shí)，粘結(jié)層134b施加到支撐襯底132上。由于粘結(jié)層134a和134b彼此面對(duì)，所以襯底 110附接到支撐襯底132上。參照?qǐng)D8和圖12，粘附有支撐襯底132的襯底110和1 IOa被上下顛倒，襯底110和 IlOa的背面BS被拋光(S150)。更具體地，使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)、BGR背面研磨(BGR)、 反應(yīng)離子蝕刻(RIE)或其任意組合來(lái)拋光襯底110的背面BS，體襯底IlOa可以通過(guò)拋光工 藝被完全移除，但是示例性實(shí)施例的方面不限于此。例如，可以保留體襯底IlOa的一部分。 通過(guò)使用拋光工藝移除體襯底110a，可以制造具有改善的短波長(zhǎng)靈敏度的圖像傳感器。參照?qǐng)D8、圖13A和圖13B，掩模圖案135形成在對(duì)應(yīng)于非像素區(qū)域II的襯底110 的背面BS上(S160)。如圖13A和圖13B所示，掩模圖案135遮蔽像素區(qū)域I。也就是，可 以形成掩模135使得在隨后用于形成基礎(chǔ)阱(圖2中的137)的離子注入期間不將雜質(zhì)注 入到像素區(qū)域I中。例如，掩模圖案135可以通過(guò)使用光致抗蝕劑的光刻工藝來(lái)形成，但不 限于此。參照?qǐng)D8和圖14，對(duì)具有掩模圖案135的襯底110的背面BS進(jìn)行離子注入 150(S170)，以在對(duì)應(yīng)于非像素區(qū)域II的襯底110中選擇性地形成基礎(chǔ)阱137。例如，為了 形成P型基礎(chǔ)阱137，可以使用P型雜質(zhì)諸如B、BF2, BF3、P或其組合進(jìn)行離子注入150。由于掩模圖案135包括對(duì)應(yīng)于像素區(qū)域I的遮蔽區(qū)域，所以雜質(zhì)能夠選擇性地注 入到對(duì)應(yīng)于非像素區(qū)域II的襯底Iio中，以在非像素區(qū)域II中形成基礎(chǔ)阱137。通過(guò)調(diào)節(jié)離子注入150的工藝條件，能夠確定通過(guò)注入雜質(zhì)形成的基礎(chǔ)阱137的 厚度。例如，在根據(jù)示例性實(shí)施例的圖像傳感器的制造中，可以調(diào)節(jié)工藝條件諸如溫度或壓 力以形成基礎(chǔ)阱137，該基礎(chǔ)阱137的厚度對(duì)應(yīng)于第二阱114與襯底110的背面BS之間的 距離，如圖14所示。此外，由于基礎(chǔ)阱137形成為接觸多個(gè)第一阱112，所以施加到多個(gè)第一阱112之一的第一阱偏壓能夠通過(guò)基礎(chǔ)阱137在多個(gè)第一阱112當(dāng)中共享。例如，如果接地電壓GND 施加到多個(gè)第一阱112之一，則即使多個(gè)第一阱112通過(guò)第二阱114而彼此分離，但是通過(guò) 基礎(chǔ)阱137能夠穩(wěn)定保持第一阱112的電勢(shì)。參照?qǐng)D8和圖15，釘扎層139形成在襯底110的背面BS上(S180)。對(duì)襯底110的 背面BS進(jìn)行離子注入170，以在其上形成釘扎層139。釘扎層139可以形成在襯底110的 整個(gè)背面BS上或者有選擇地形成在襯底110的一部分上。例如，如果不使用掩模圖案進(jìn)行 離子注入170，則釘扎層139可以形成在襯底110的整個(gè)背面BS上。例如，如果光電轉(zhuǎn)換元件也就是光電二極管(PD)具有N型導(dǎo)電性，則在離子注入 170期間可以使用P型雜質(zhì)。此外，能夠調(diào)節(jié)雜質(zhì)的濃度，使得釘扎層139具有P+型導(dǎo)電 性。如果需要，可以省略形成釘扎層139的步驟。參照?qǐng)D8和圖16，對(duì)襯底110的背面BS進(jìn)行退火160(S190)?？紤]到多個(gè)互連 124a至124c包含在互連結(jié)構(gòu)122以及124a至124c中，對(duì)襯底110的背面BS進(jìn)行退火。 例如，可以使用激光退火、閃光燈退火或UV退火。如果省略形成釘扎層139的步驟，則基礎(chǔ) 阱137的形成和退火160可以連續(xù)進(jìn)行。參照?qǐng)D8和圖17，BS絕緣層140形成在襯底110的背面BS上(S195)。BS絕緣層 140通過(guò)連續(xù)形成抗反射層142和緩沖層144而形成。抗反射層142的材料/厚度可以根 據(jù)將在光工藝中使用的光的波長(zhǎng)來(lái)確定。緩沖層144形成在抗反射層142上，以防止在用 于非像素區(qū)域II內(nèi)形成焊墊(未示出)的圖案化工藝期間對(duì)襯底110的損傷。轉(zhuǎn)到圖2和圖8，濾色器197和微透鏡198依次形成在對(duì)應(yīng)于其中已形成光電二極 管(PD)的像素區(qū)域I的位置處(S197)。盡管沒(méi)有在圖2中示出，但是平坦化層可以形成在 濾色器197與微透鏡198之間或在濾色器197下面。將參照?qǐng)D18至圖21來(lái)描述根據(jù)另一示例性實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法。圖 18是示出根據(jù)示例性實(shí)施例中的另一實(shí)施例制造圖像傳感器的方法的流程圖。圖19至圖 21示出在圖18所示的制造圖像傳感器的方法中的中間工藝步驟。根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的制造圖像傳感器的方法不同于根據(jù)之前實(shí)施例的制造方法，不 同點(diǎn)在于在形成互連結(jié)構(gòu)之前，對(duì)襯底的正面FS進(jìn)行離子注入以形成基礎(chǔ)阱。為了便于 解釋?zhuān)枋鰧⒓性诓煌c(diǎn)上。與之前的實(shí)施例一樣，提供具有限定在其上的像素區(qū)域I和 非像素區(qū)域II的襯底110 (SllO)，多個(gè)第一阱112形成在對(duì)應(yīng)于非像素區(qū)域II的襯底110 中(S120)。這樣，現(xiàn)在將參照?qǐng)D18至圖21來(lái)描述隨后的步驟。參照?qǐng)D18和圖19，掩模圖案185形成在襯底110的正面FS上以遮蔽像素區(qū)域 I(S225)。可以形成掩模圖案185使得在隨后的離子注入期間不將雜質(zhì)注入到像素區(qū)域I 中。掩模圖案185可以使用光致抗蝕劑來(lái)形成，但不限于此。參照18和圖20，對(duì)包括掩模圖案185的襯底110的正面FS進(jìn)行離子注入 155(S227)，以在對(duì)應(yīng)于非像素區(qū)域II的襯底110中有選擇地形成基礎(chǔ)阱137。例如，在離 子注入155期間，可以使用P型雜質(zhì)來(lái)形成P型基礎(chǔ)阱137。在這種情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)離子 注入155的工藝條件諸如溫度或壓力，基礎(chǔ)阱137可以形成在體襯底IlOa與第二阱114之 間。參照?qǐng)D18和圖21，互連結(jié)構(gòu)122以及124a至124c形成在襯底110的正面FS上 (S230)。
更具體地，互連結(jié)構(gòu)122以及124a至124c包括依次形成在像素區(qū)域I和非像素 區(qū)域II中的層間電介質(zhì)層122和多個(gè)互連124a至124c。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠從根據(jù)之前實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法推斷出隨后的 步驟。隨后的步驟可以包括將支撐襯底附接到互連結(jié)構(gòu)122以及124a至124c(S240)；將 具有支撐襯底的襯底110上下顛倒，其中該支撐襯底已附接到襯底110上(S250)；拋光襯 底110的背面BS以暴露基礎(chǔ)阱137(S260)；在襯底110的背面BS上形成釘扎層(S280)；對(duì) 襯底110的背面BS進(jìn)行退火(S290)；在襯底110的背面BS上形成BS絕緣層(S295)；以及 隨后在對(duì)應(yīng)于像素區(qū)域I的襯底110的背面BS上形成濾色器和微透鏡(S297)。也就是，除 了在襯底110中形成接觸多個(gè)第一阱112的基礎(chǔ)阱137之外，示例性實(shí)施例所屬領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員能夠容易地推斷出以上隨后的步驟。盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的示例性實(shí)施例具體示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù) 人員將理解，可以在其中進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種變化，而不背離由權(quán)利要求書(shū)限定的精 神和范圍。因此希望示例性實(shí)施例在所有方面被認(rèn)為是說(shuō)明性的而不是限制性的，并且參 照權(quán)利要求書(shū)而不是之前的描述來(lái)指示示例性實(shí)施例的范圍。本申請(qǐng)要求于2009年10月7日提交到韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) No. 10-2009-0095324的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，包括襯底，具有像素區(qū)域和非像素區(qū)域，該像素區(qū)域包括多個(gè)單位像素；在所述非像素區(qū)域中的至少一個(gè)第一阱；在所述襯底的第一面上的互連結(jié)構(gòu)；以及基礎(chǔ)阱，在所述非像素區(qū)域中且在所述至少一個(gè)第一阱與所述襯底的第二面之間。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述至少一個(gè)第一阱與所述基礎(chǔ)阱具有相同 的導(dǎo)電類(lèi)型。
3.如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中所述基礎(chǔ)阱的摻雜濃度高于所述至少一個(gè)第 一阱的摻雜濃度。
4.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中多個(gè)第一阱接觸所述基礎(chǔ)阱，并且如果所述 多個(gè)第一阱中的至少一個(gè)接收第一阱偏壓，則所述多個(gè)第一阱構(gòu)造為通過(guò)所述基礎(chǔ)阱在所 述多個(gè)第一阱當(dāng)中共享所述第一阱偏壓。
5.一種圖像傳感器，包括襯底，具有像素區(qū)域和非像素區(qū)域，該像素區(qū)域包括多個(gè)單位像素；在所述非像素區(qū)域中的多個(gè)第一阱；在所述襯底的第一面上的互連結(jié)構(gòu)；以及在所述非像素區(qū)域中的基礎(chǔ)阱，該基礎(chǔ)阱具有比所述多個(gè)第一阱的摻雜濃度更高的摻 雜濃度；其中所述多個(gè)第一阱接觸所述基礎(chǔ)阱，并且如果所述多個(gè)第一阱中的至少一個(gè)接收第一阱 偏壓，則所述圖像傳感器構(gòu)造為通過(guò)所述基礎(chǔ)阱在所述多個(gè)第一阱當(dāng)中共享所述第一阱偏壓。
6.如權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，其中所述多個(gè)第一阱中的每個(gè)與所述基礎(chǔ)阱具有 相同的導(dǎo)電類(lèi)型。
7.如權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，還包括至少一個(gè)第二阱，在所述多個(gè)第一阱當(dāng)中的兩個(gè)相鄰第一阱之間，并具有與所述兩個(gè) 相鄰第一阱不同的導(dǎo)電類(lèi)型，其中所述至少一個(gè)第二阱構(gòu)造為接收不同于所述第一阱偏壓 的第二阱偏壓。
8.—種制造圖像傳感器的方法，包括 在襯底的非像素區(qū)域中形成第一阱；在所述襯底的第一面上形成互連結(jié)構(gòu)；以及在所述襯底中且在所述第一阱與所述襯底的第二面之間形成基礎(chǔ)阱。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中形成所述基礎(chǔ)阱包括在形成所述互連結(jié)構(gòu)之后移 除體襯底層，在所述襯底的第二面上形成遮蔽像素區(qū)域的掩模圖案，以及隨后對(duì)所述襯底 的第二面進(jìn)行離子注入和退火以在所述非像素區(qū)域上有選擇地形成所述基礎(chǔ)阱。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中形成所述基礎(chǔ)阱包括在形成所述互連結(jié)構(gòu)之前， 在所述襯底的第一面上形成遮蔽像素區(qū)域的掩模圖案，以及隨后對(duì)所述襯底的第一面進(jìn)行 離子注入和退火以在所述非像素區(qū)域上有選擇地形成所述基礎(chǔ)阱。
全文摘要
本發(fā)明提供了圖像傳感器及其制造方法。該圖像傳感器包括襯底，具有像素區(qū)域和非像素區(qū)域，該像素區(qū)域包括多個(gè)單位像素；在非像素區(qū)域中的至少一個(gè)第一阱；在襯底的第一面上的互連結(jié)構(gòu)；以及基礎(chǔ)阱，在非像素區(qū)域中且在第一阱與襯底的第二面之間。
文檔編號(hào)H04N5/374GK102074566SQ20101054089
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月7日
發(fā)明者李允基, 李德炯 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社