專利名稱:背照式圖像傳感器的像素的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及ー種圖像傳感器,更具體涉及可用于有源像素傳感器(APS)如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器或電荷藕合器件(CCD)圖像傳感器的背照式圖像傳感器。
背景技術(shù):
圖像傳感器是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。圖像傳感器包括用于感光 的光接收部件(通常稱為光電ニ極管)和用于將所感測的光處理為電信號(hào)的邏輯電路。圖像傳感器的像素包括用于接收光以產(chǎn)生光電荷的光電ニ極管和用于將該光電荷轉(zhuǎn)移至像素的感測結(jié)點(diǎn)(node)的電荷轉(zhuǎn)移柵板。傳統(tǒng)的圖像傳感器具有正面照射結(jié)構(gòu),其中光電ニ極管形成在襯底表面之下,邏輯電路形成在襯底之上,使得光照射在襯底的頂表面上。然而,由于在光電ニ極管上方形成的多個(gè)上層導(dǎo)致光損失,因此所述光電ニ極管的光響應(yīng)特性差。而且,由于光子的穿透深度較大,難以將入射光通量(flux)轉(zhuǎn)化為光電荷。為了克服這些限制,已經(jīng)提出從襯底的背側(cè)照射襯底的背照式圖像傳感器。圖I是美國專利公開No. 2006-0068586A1中公開的傳統(tǒng)背照式圖像傳感器的截面圖。參考圖I,通過在具有硅/掩埋氧化物/硅結(jié)構(gòu)的絕緣體上硅(SOI)上實(shí)施預(yù)定エ藝,在P-型硅130上形成用作結(jié)陰板的η-阱120,并且在其上形成邏輯電路(未顯示)和金屬線150。附著支撐襯底140,并且對(duì)SOI晶片背面上的硅進(jìn)行拋先直至掩埋氧化物層。在所得結(jié)構(gòu)上形成抗反射層220和微透鏡230。因此,光子從襯底的背面入射。傳統(tǒng)的背照式圖像傳感器還包括用于防止串?dāng)_的P-型離子注入?yún)^(qū)域125以及第一和第二絕緣層160Α和160Β。然而,金屬反射器240必須在對(duì)應(yīng)于光電ニ極管的位置處單獨(dú)地提供,以降低當(dāng)長波長的光穿過厚度降低的硅(襯底)時(shí)所導(dǎo)致的信號(hào)損失。因此,必須増加金屬エ藝或必須對(duì)金屬布置加以限制。另外,在傳統(tǒng)背照式圖像傳感器中,根據(jù)エ藝條件(摻雜濃度、深度等)確定光電ニ極管的內(nèi)部電勢,并且確定耗盡區(qū)的寬度。因此,當(dāng)耗盡區(qū)不在襯底的背面附近形成吋,產(chǎn)生串?dāng)_。即,在襯底背面周圍產(chǎn)生的光電荷沒有到達(dá)光電ニ極管的耗盡區(qū)而移到相鄰的像素。而且,對(duì)短波長的靈敏度較差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方案涉及提供不需要単獨(dú)的金屬反射層的背照式圖像傳感器。
本發(fā)明的實(shí)施方案還涉及提供背照式圖像傳感器,其可控制光電ニ極管的耗盡區(qū)的寬度,由此改善串?dāng)_特征。本發(fā)明的實(shí)施方案還涉及提供在將由光電ニ極管產(chǎn)生的光電荷轉(zhuǎn)移至像素感測結(jié)點(diǎn)時(shí)具有改善的效率和時(shí)序容限(timing margin)的背照式圖像傳感器。根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面,提供ー種背照式圖像傳感器,其包括光電ニ極管,其形成在半導(dǎo)體襯底的頂表面之下,用于接收由半導(dǎo)體襯底背側(cè)照射的光以產(chǎn)生光電荷;反射柵板,其形成在半導(dǎo)體襯底的正面的上表面上的光電ニ極管上,用于反射由襯底背側(cè)照射的光和接收偏壓以控制光電ニ極管的耗盡區(qū);和轉(zhuǎn)移柵板,其用于將光電荷從光電ニ極管轉(zhuǎn)移至像素的感測結(jié)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另ー個(gè)方面,提供一種背照式圖像傳感器的像素,其包括襯底,具有正上表面和背側(cè);光電ニ極管,配置為響應(yīng)從襯底的背側(cè)接收的光以產(chǎn)生光電荷,其中光 電ニ極管形成在襯底的正上表面附近;以及反射柵極,設(shè)置在光電ニ極管之上,并且配置為將從襯底的背側(cè)接收的光反射到光電ニ極管的前側(cè),其中反射柵極還配置為接收偏壓信號(hào),以控制光電ニ極管的耗盡區(qū)的范圍。
圖I是美國專利公開No. 2006-0068586中公開的傳統(tǒng)背照式圖像傳感器的截面圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明ー個(gè)實(shí)施方案的背照式圖像傳感器的截面圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的背照式圖像傳感器的截面圖。
具體實(shí)施例方式以下,將參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的背照式圖像傳感器,使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易地實(shí)施本發(fā)明。圖2是根據(jù)本發(fā)明ー個(gè)實(shí)施方案的背照式圖像傳感器的截面圖。參考圖2,在P-型硅襯底202的頂表面之下形成具有η-型摻雜區(qū)域204和ρ-型摻雜區(qū)域206的光電ニ極管。P-型摻雜區(qū)域206改善硅表面上的暗電流并且通常稱為釘扎層(pinning layer)。光電ニ極管可僅僅配置有η-型摻雜區(qū)域204,而省咯ρ-型摻雜區(qū)域206。襯底202可使用另ー種半導(dǎo)體材料替代硅。在襯底202的背側(cè)上形成微透鏡244。微透鏡244將從襯底202背側(cè)照射的光集中于光電ニ極管。絕緣層242形成在微透鏡244和襯底202之間。絕緣層242包括氧化物層、氯化物層以及它們的堆疊結(jié)構(gòu)中的ー種。氧化物層可包括選自以下的ー層硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)層、磷硅酸鹽玻璃(PSG)層、硼硅玻璃(BSG)、未摻雜的硅酸鹽玻璃(USG)層、正硅酸四こ酯(TEOS)層、高密度等離子體(HDP)層和氧化硅(SiO2)層。氮化物層可包括其中X和y是自然數(shù)的氮化硅(SixNy)層或其中X、y和z是自然數(shù)的氧氮化硅(SixOyNz)層。絕緣層242可作為抗反射層。用于實(shí)現(xiàn)彩色圖像的濾色器可形成在微透鏡244和絕緣層242之間。同時(shí)使用常規(guī)方法在襯底上形成包含轉(zhuǎn)移柵板210的邏輯電路。而且,在光電ニ極管上還形成第一和第二反射柵極212和214。第一和第二反射柵極212和214具有多晶硅層和金屬硅化物層的堆疊結(jié)構(gòu)。金屬硅化物層可包括硅化鎢層??墒褂媒饘賹尤珂u層來替代金屬硅化物層。而且,反射柵極可僅僅包括金屬硅化物層或金屬層,而沒有多晶硅層。由此,反射柵極可由具有高反射率的導(dǎo)電材料形成。反射柵極通過恰在積分時(shí)間(integration time)之前立即接收偏壓來控制光電ニ極管耗盡區(qū)的尺寸。即,傳統(tǒng)的圖像傳感器基于光電ニ極管的エ藝條件確定耗盡區(qū),而根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的圖像傳感器可改善串?dāng)_特征,這是由于耗盡區(qū)可通過反射柵極擴(kuò)展直至襯底的背側(cè)附近。由于反射柵極,耗盡區(qū)可形成直至襯底背側(cè)的附近。由于當(dāng)短波長(藍(lán)波長)的光照射在襯底背側(cè)上時(shí),在襯底背側(cè)周圍產(chǎn)生的光電荷能夠積累,所以對(duì)短波長的光敏度得 到改善。施加于反射柵極的偏壓可采用利用諸如負(fù)電荷泵的電路所產(chǎn)生的負(fù)偏壓。負(fù)電荷泵可集成在圈像傳感器芯片內(nèi)。由于反射柵極包括可防止光透射和反射光的金屬硅化物層,因此從襯底背側(cè)照射的長波長光的信號(hào)損失可得到降低。因此,不必在襯底的頂表面提供単獨(dú)的金屬反射層,井且沒有對(duì)金屬布置施加限制。由于反射柵極覆蓋光電ニ極管,因此其保護(hù)光電ニ極管在柵極蝕刻期間免于等離子體損傷和免于在其它エ藝期間遭受損傷。當(dāng)轉(zhuǎn)移柵極210開啟時(shí),光電ニ極管中積累的光電荷轉(zhuǎn)移至像素的感測結(jié)點(diǎn),SPN+浮置擴(kuò)散區(qū)域224。N+緩沖區(qū)域222形成在光電ニ極管與轉(zhuǎn)移柵極邊緣之間的襯底的頂表面之下以積累光電荷。N+緩沖區(qū)域222用于改善光電荷轉(zhuǎn)移效率和時(shí)序容限。省略N+緩沖區(qū)域222的光電ニ極管可沿轉(zhuǎn)移柵極的邊緣形成。這種情況下,光電ニ極管區(qū)域可擴(kuò)展到可占據(jù)N+緩沖區(qū)域222的程度。圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的背照式圖像傳感器的截面圖。圖2和3中相同的附圈標(biāo)記表示相同的元件,其描述將省略。參考圖3,第一反射柵極212和第二反射柵極214與轉(zhuǎn)移柵極(Tx)部分重疊,絕緣層302插入其間,省略圖2的緩沖區(qū)域222。如圖3所示,省略緩沖摻雜區(qū)域,并且第一反射柵極212和第二反射柵極214與轉(zhuǎn)移柵極(Tx)部分重疊,因此可確保用于光電ニ極管的空間,并且可防止光電荷轉(zhuǎn)移效率和時(shí)序容限的降低。如上所述,具有反射柵極的改善的背照式圖像傳感器可應(yīng)用于4-晶體管(4T)像素和3T像素,其為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。即,反射柵極加入4T像素或3T像素。而且,圖像傳感器可應(yīng)用于其中兩個(gè)或更多個(gè)光電ニ極管共有ー個(gè)浮置擴(kuò)散電路和像素電路的方案中。而且,用于除去電容器(kTC)噪聲中熱噪聲的典型的相關(guān)雙采樣(⑶S)エ藝(correlated double sampling process)可應(yīng)用于上述具有反射柵極的改善的背照式圖像傳感器。本發(fā)明可用于CXD圖像傳感器以及使用CMOS制造技術(shù)制造的CMOS圖像傳感器。通過采用背照式結(jié)構(gòu),當(dāng)在襯底正面設(shè)計(jì)邏輯電路和金屬線的布局吋,上述本發(fā)明不需要考慮用于入射光的路經(jīng)。而且,通過使用控制偏壓以及光電ニ極管的本征電勢來控制耗盡區(qū)的寬度,本發(fā)明可改善光電荷產(chǎn)生效率、對(duì)短波長的光敏度和串?dāng)_特征。而且,由于反射柵極包括作為柵極材料的金屬硅化物層或金屬層,因此從襯底背側(cè)照射的長波長光的信號(hào)損失可得到降低。由此,不必在襯底正面上提供単獨(dú)的金屬反射層。而且,由于反射柵極覆蓋光電ニ極管的頂部,因此可保護(hù)光電ニ極管在加工期間免于損傷。雖然本發(fā)明已經(jīng)對(duì)于具體的實(shí)施方案進(jìn)行了描述,但是本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然知道可做出各種變化和改變,而沒有脫離由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。 相關(guān)申請(qǐng)本發(fā)明要求2007年6月29日提交的韓國專利申請(qǐng)2007-0065368的優(yōu)先權(quán),其全部內(nèi)容通過引入并入本文。
權(quán)利要求
1.一種背照式圖像傳感器的像素,所述像素包括 襯底,具有正上表面和背側(cè); 光電二極管,配置為響應(yīng)從所述襯底的所述背側(cè)接收的光以產(chǎn)生光電荷,其中所述光電二極管形成在所述襯底的所述正上表面附近;以及 反射柵極,設(shè)置在所述光電二極管之上,并且配置為將從所述襯底的所述背側(cè)接收的光反射到所述光電二極管的前側(cè),其中所述反射柵極還配置為接收偏壓信號(hào),以控制所述光電二極管的耗盡區(qū)的范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的像素,還包括轉(zhuǎn)移晶體管,所述轉(zhuǎn)移晶體管配置為將所述光電荷轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的像素,其中所述轉(zhuǎn)移晶體管包括與所述反射柵極間隔開的轉(zhuǎn)移柵極,并且所述轉(zhuǎn)移柵極和所述反射柵極設(shè)置為與所述襯底的所述正上表面相距實(shí)質(zhì)上相同的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的像素,其中所述轉(zhuǎn)移晶體管包括緩沖區(qū)域,所述緩沖區(qū)域形成在所述襯底中并且與所述反射柵極的邊緣垂直地對(duì)準(zhǔn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的像素,其中所述轉(zhuǎn)移柵極的一部分與所述反射柵極重疊。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的像素,其中所述反射柵極包括堆疊層結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的像素,其中所述堆疊層結(jié)構(gòu)包括 多晶娃層;以及 金屬層,相鄰于所述多晶硅層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的像素,其中所述金屬層包括硅化鎢層。
9.根據(jù)權(quán)利要去7所述的像素,其中所述金屬層包括鎢。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的像素,其中所述反射柵極包括單層結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的像素,其中所述單層結(jié)構(gòu)包括金屬硅化物層或者金屬層。
全文摘要
一種背照式圖像傳感器的像素,包括襯底,具有正上表面和背側(cè);光電二極管,配置為響應(yīng)從所述襯底的背側(cè)接收的光以產(chǎn)生光電荷,其中所述光電二極管形成在所述襯底的所述正上表面附近;以及反射柵極,設(shè)置在所述光電二極管之上,并且配置為將從所述襯底的背側(cè)接收的光反射到所述光電二極管的前側(cè),其中所述反射柵極還配置為接收偏壓信號(hào),以控制所述光電二極管的耗盡區(qū)的范圍。
文檔編號(hào)H04N5/369GK102709299SQ20121015162
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日
發(fā)明者樸成炯, 李柱日 申請(qǐng)人:智慧投資Ii有限責(zé)任公司