專利名稱：圖像傳感器及其制造方法
圖像傳感器及其制造方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及圖像傳感器及其制造方法。
圖像傳感器是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。圖像傳感器通
常被分為兩類電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器和互補(bǔ)金屬氧化物硅 (CMOS)圖像傳感器(CIS)。
在相關(guān)技術(shù)的圖像傳感器中，利用離子注入在M內(nèi)形成光電二極 管。隨著半導(dǎo)體工業(yè)向超大，集成^艮，光電二極管的尺寸日益減小 以允許在不增加芯片尺寸的情況下增加芯片內(nèi)的像素?cái)?shù)量。反過(guò)來(lái)，光電 二極管的光接收部分的面積可能減小，這可能導(dǎo)致較差的圖像質(zhì)量。
此夕卜，因?yàn)楣怆姸O管之上的器件層的堆疊高度可能不會(huì)與光接收部 分的面積的減小成比例地減小，所以入射到光接收部分的光子的數(shù)量還可 能由于光的衍^射而減少，這導(dǎo)致所謂"艾里斑"的現(xiàn)象。
意欲克服該局限性的可選方法包括利用非晶硅(Si)來(lái)形成光電二極 管、或者在SiM內(nèi)(利用如晶片到晶片鍵合的方法)形成讀出電路并 在讀出電路上形成光電二極管(被稱為"三維(3D)"圖像傳感器)。光電 二極管通過(guò)金屬線與讀出電路相連接。
根據(jù)相關(guān)技術(shù),在光電二極管上形成兩個(gè)或更多個(gè)絕緣層以保護(hù)光電 二極管的表面。由于保護(hù)絕緣層由不同的材料所形成，因此入射在保護(hù)絕 緣層上的光可被^Jtt或吸收，這降低了光電二極管的靈敏度。
此外，在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的圖像傳感器中，由于環(huán)境因素如溫度而產(chǎn)生 泄漏電流，其可以在光電二極管中導(dǎo)致暗電流。
另夕卜，根據(jù)相關(guān)技術(shù)，由于連接到光電二極管的轉(zhuǎn)移晶體管的源極和 漏極重?fù)诫s了 N型雜質(zhì)，因此可能產(chǎn)生電荷共享(charge sharing )現(xiàn)象。 電荷共享現(xiàn)象的產(chǎn)生可降低輸出圖像的靈敏度以及產(chǎn)生圖像4m。另夕卜， 根據(jù)相關(guān)技術(shù)，由于光電荷可能沒(méi)有如希望的那樣有效率地在光電二極管 和讀出電路之間被轉(zhuǎn)移，因此可能產(chǎn)生暗電流、或者可能降低飽和度和靈 敏度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供了圖像傳感器及其制造方法，所述方法可以采用
垂直型光電二極管、并且通過(guò)形成假l象素(dummy pixel)來(lái)測(cè)量泄漏電 流。
在一個(gè)實(shí)施例中， 一種圖像傳感器可以包括半導(dǎo)體^L，其具有由 第一器件隔離層所限定的4象素區(qū)和周邊區(qū)；第一和第二讀出電路，其在所 述像素區(qū)內(nèi)；絕緣層，其包括在所述半導(dǎo)體^上的第一、第二和第三下 金屬線以及焊盤，所述第一和第二下金屬線分別電連接到所述第一和第二 讀出電路，并且所述第三下金屬線在所述周邊區(qū)內(nèi)；第一和第二光電二極 管圖案，其在所述絕緣層上，并且在每個(gè)像素內(nèi)由間隙區(qū)分離，所述第一 和第二光電二級(jí)管圖案分別電連接到所述第一和第二下金屬線；第二器件 隔離層，其在所述絕緣層以及所述第一和第二光電二極管圖案上或之上； 上金屬線，其在所述第二器件隔離層上，與所述第一光電二極管圖案和所 述第三下金屬線相連接；焊盤孔，其在所述第二器件隔離層和所述絕緣層 內(nèi)，用以暴露所述焊盤；以及鈍化層，其在所述絕緣層以及所述上金屬線 之上。
在另一個(gè)實(shí)施例中， 一種用于制造圖《象傳感器的方法可以包括在半 導(dǎo)體基板內(nèi)形成器件隔離層，所述器件隔離層限定像素區(qū)和周邊區(qū)；在所 述半導(dǎo)體14l的所述像素區(qū)上/內(nèi)形成第一讀出電路和第二讀出電路；在 所述半導(dǎo)體J41上形成絕緣層，所述絕緣層包括第一和第二下金屬線、在 所述周邊區(qū)上的第三下金屬線、以及焊盤；在所述像素區(qū)上的所述絕緣層 上形成晶體光電二極管層；在所述光電二歐管層內(nèi)形成間隙區(qū)，以形成第 一光電二極管圖案和第二光電二極管圖案，所述第一光電二極管圖案和第 二光電二極管圖案在每個(gè)4象素內(nèi)由所述間隙區(qū)分離，并且分別與所述第一 讀出電路和所述第二讀出電路相連接；在所述絕緣層以及所述第一和第二 光電二極管圖案上或之上形成第二器件隔離層；在所述第二器件隔離層上 形成上金屬線，所述上金屬線與所述第一光電二極管圖案和所述第三下金 屬線相連接；在所述第二器件隔離層和所述絕緣層內(nèi)形成焊盤孔以暴露焊 盤；以及在所述絕緣層和所述上金屬線之上形成鈍化層。
在附圖和下面的描述中闡明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。其它特征將從 說(shuō)明書和附圖以及M利要求中明顯看出。


圖1到9是圖示了根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的用于制造圖像傳感器的方法的橫 截面視圖。
圖IO是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器的局部詳細(xì)視圖。
具體實(shí)施例方式
將參考附圖來(lái)詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像傳感器及其制造 方法。
第一實(shí)施例
圖9是根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器的截面視圖。
根據(jù)第一實(shí)施例的圖像傳感器可以包括半導(dǎo)體MIOO，其具有由 基于器件隔離層110所限定的像素區(qū)A和周邊區(qū)B;第一和第二讀出電路 (例如，120、 120a),其形成于像素區(qū)A內(nèi)；絕緣層160，其包括形成于 半導(dǎo)體mOO上或之上的下金屬線150、 150a和焊盤(pad) 180;第一 和第二光電二極管圖案45、 45a，其在絕緣層160上，并且在每個(gè)像素內(nèi) 由間隙區(qū)25所分離，使得第一和第二光電二極管圖案45、 45a分別與下 金屬線150和150a相連接、并且(間接地)分別與第一和第二讀出電路 120和120a相連接；在絕緣層160以及第一和第二光電二極管圖案45、 45a之上的第二器件隔離層60;上金屬線70，其形成于第二器件隔離層 60上或之上，使得上金屬線70與第一光電二極管圖案45和周邊區(qū)B的 下金屬線170相連接；焊盤孔63，其形成于第二器件隔離層60和絕緣層 160內(nèi)以暴露焊盤180;以及鈍化層80，其形成于絕緣層160之上，上金 屬線70形成于絕緣層160上并且焊盤孔63形成于絕緣層160內(nèi)。
鈍化層80可以通過(guò)焊盤孔63而形成于焊盤180上。例如，鈍化層 80可以具有在1000 ~ 2000A范圍內(nèi)的厚度。
上金屬線70可以通過(guò)第一通孔61來(lái)與第一光電二極管圖案45電連 接。此外，上金屬線70可以通過(guò)第二通孔62來(lái)與周邊區(qū)B的下金屬線 170電連接。雖然沒(méi)有在圖中示出，但是上金屬線70可以具有網(wǎng)型形式， 并且可以選擇性地與第一光電二極管圖案45和周邊區(qū)B的下金屬線170 相連接。也就是說(shuō)，可以將上金屬線70形成為不覆蓋第一光電二極管圖案45的光接收區(qū).上金屬線70可以從第一通孔61連接到第二通孔62 以覆蓋第二光電二極管圖案45a。
第一光電二極管圖案45是主像素，其與上金屬線70相連接并且執(zhí)行 光電二極管操作。第二光電二極管圖案45a是假像素，其不與上金屬線 70相連接。上金屬線70用作重置線。也就是說(shuō)，由于第二光電二級(jí)管圖 案45a可以排除上金屬線70的泄漏因數(shù)，因此可能估計(jì)和/或正確測(cè)量泄 漏電流。相應(yīng)地，可以使用第二光電二極管圖案45a作為用于測(cè)量或估計(jì) 泄漏電流的參考像素。
半導(dǎo)體^41100的第一和第二讀出電路120、 12Oa可以包括形成在半 導(dǎo)體141100內(nèi)的電結(jié)區(qū)140。
根據(jù)第一實(shí)施例的圖像傳感器可以通過(guò)垂直地集成讀出電路和光電 二極管、以及以單個(gè)層的形式形成用于保護(hù)光電二極管和焊盤的鈍化層來(lái) 增強(qiáng)靈凝:度。
在圖9中示出的參考數(shù)字中，沒(méi)有被描述的數(shù)字將隨后在制造方法部 分內(nèi)被描述。
現(xiàn)在將參考圖l到9來(lái)描述根據(jù)示例性實(shí)施例的用于制造圖像傳感器 的方法。
參考圖1，在半導(dǎo)體J41100的像素區(qū)A內(nèi)形成第一和第二讀出電路 120、 120a。此外，在半導(dǎo)體^L100的像素區(qū)A和周邊區(qū)B之上形成堆 疊的絕緣層160。絕緣層160可以包括多個(gè)電介質(zhì)層(例如，二氧化硅、 氮化硅或它們的組合)。可以通過(guò)傳統(tǒng)的光刻和沉積技術(shù)而在絕緣層160 的電介質(zhì)堆疊內(nèi)形成下金屬線150、 150a和170。下金屬線150和150a 可以分別地與讀出電路120和120a相連接。
現(xiàn)在將參考圖2來(lái)描述第一和笫二讀出電路120、 120a以及下金屬線 150、 150a。由于第一和第二讀出電路120、 120a具有相同的構(gòu)造，因此 將僅描述第一讀出電路120。
如圖2所示，通過(guò)在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體lt1100內(nèi)形成器件隔離層 IIO來(lái)限定有源區(qū)，然后在有源區(qū)內(nèi)形成第一讀出電路120，該第一讀出 電路120包括每個(gè)像素內(nèi)的晶體管。例如，第一讀出電路120可以包括重 置晶體管Ux) 123、驅(qū)動(dòng)晶體管(Dx) 125、選擇晶體管(Sx) 127以及 可選的轉(zhuǎn)移晶體管(Tx) 121.之后，可以通過(guò)傳統(tǒng)地注入大量N型離子 來(lái)形成離子注入?yún)^(qū)130,離子注入?yún)^(qū)130包括浮置擴(kuò)散區(qū)(FD) 131和每
8個(gè)晶體管的源極/漏極區(qū)133、 135、 137。
在半導(dǎo)體M 100內(nèi)形成第一讀出電路120還可以包括:在半導(dǎo)體基 板IOO內(nèi)形成電結(jié)區(qū)140、以及在電結(jié)區(qū)140上形成與下金屬線150相連 接的第一導(dǎo)電類型連接區(qū)147。例如，電結(jié)區(qū)140可以是PN結(jié)140,但是 本發(fā)明不限制與此。例如，電結(jié)區(qū)140可以包括形成于第二導(dǎo)電阱141 或第二導(dǎo)電類型外延(印i)層上的第一導(dǎo)電類型離子注入層143，以及 形成于第一導(dǎo)電類型離子注入層143上的第二導(dǎo)電類型離子注入層145。 例如，PN結(jié)140可以是如圖2所示的P0(145)/N-(143)/P-(141)結(jié)，但本 發(fā)明并不限制于此?？梢杂玫诙?dǎo)電類型雜質(zhì)來(lái)對(duì)半導(dǎo)體^41進(jìn)行摻雜， 但本發(fā)明并不限制于此。
根據(jù)第一實(shí)施例，通過(guò)將圖像傳感器設(shè)計(jì)成在轉(zhuǎn)移晶體管(Tx)的源 極和漏極之間存在電勢(shì)差來(lái)完全地轉(zhuǎn)儲(chǔ)或轉(zhuǎn)移光電荷是可能的。通過(guò)這樣 做，在光電二極管內(nèi)產(chǎn)生的光電荷可以被轉(zhuǎn)儲(chǔ)或轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散區(qū)，從而 增強(qiáng)圖像傳感器(及其輸出圖像)的靈敏度。也就是說(shuō)，在第一實(shí)施例中， 通過(guò)在第一讀出電路120形成于其上的半導(dǎo)體基仗100內(nèi)形成電結(jié)區(qū)140 并因此在轉(zhuǎn)移晶體管(Tx)的源極和漏極之間產(chǎn)生電勢(shì)差，有可能完全地 轉(zhuǎn)儲(chǔ)或轉(zhuǎn)移光電荷。
在下文中，將詳細(xì)描述根據(jù)第一實(shí)施例的轉(zhuǎn)移光電荷的結(jié)構(gòu)。
在第一實(shí)施例中，與作為N+結(jié)的浮置擴(kuò)散區(qū)(FD) 131節(jié)點(diǎn)不同，電 結(jié)區(qū)140 (即P/N/P結(jié))不是完全地接收所施加的電壓，而是在恒定電壓 處被夾斷(pinch off )。該電壓被稱為"釘扎電壓(pinning voltage)", 其依賴于P0 145和P- 143的摻雜濃度。
具體而言，光電二極管45 (見(jiàn)圖9)內(nèi)產(chǎn)生的電子移動(dòng)到PNP結(jié)區(qū) 140，并且當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管(Tx) 121接通時(shí)，電子被轉(zhuǎn)移到FD 131節(jié)點(diǎn)并 被轉(zhuǎn)換為電壓。
由于P0/N-/P-結(jié)140的最大電壓值變?yōu)獒斣妷翰⑶褾D 131節(jié)點(diǎn)的 最大電壓值變?yōu)閂dd減去重置晶體管(Rx)的閾值電壓(Vth)，因此在芯 片上的光電二極管45內(nèi)產(chǎn)生的電子可以由于轉(zhuǎn)移晶體管(Tx) 131的源 極和漏極之間的電勢(shì)差而完全地被轉(zhuǎn)移到FD131節(jié)點(diǎn)而不發(fā)生電荷共享。 也就是說(shuō)，因?yàn)樵?-晶體管APS重置操作中，正(+ )電壓被施加于P0/N-/P 阱結(jié)中的N- 143而地電壓被施加于P0 145和P阱141，所以P0/N-/P阱 結(jié)形成于半導(dǎo)體基仗IOO內(nèi)(即31^1，而不是飪/ 阱結(jié))。因而，當(dāng)施加大于恒定電壓的電壓時(shí)，P0/N-/P阱雙結(jié)M雙極結(jié)晶體管(BJT)結(jié) 構(gòu)中一樣被夾斷。該電壓被稱為"釘扎電壓"。相應(yīng)地，產(chǎn)生轉(zhuǎn)移晶體管 (Tx) 121的源極和漏極之間的電勢(shì)差，并且因此當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管(Tx)接 通/關(guān)斷時(shí)，可以防止電荷共享現(xiàn)象。
相應(yīng)地，與光電二極管連接到N+結(jié)的相關(guān)技術(shù)中不同，本實(shí)施例可 以避免飽和度和靈敏度的降低。
接下來(lái)，根據(jù)第一實(shí)施例，在光電二極管和讀出電^Ml間形成第一導(dǎo) 電類型連接區(qū)147以幫助使光電荷的移動(dòng)順利或容易，從而最小化暗電流 的源并且防止光電二極管的飽和度和靈翁:度的降低。
為了這些目的，在第一實(shí)施例中，第一導(dǎo)電類型連接區(qū)147可以形成 為P0/N-/P-結(jié)140的表面內(nèi)的歐d^接觸。N+區(qū)147可以穿透P0區(qū)145 并且接觸N- 143。
同時(shí)，為了最小化來(lái)自第一導(dǎo)電類型連接區(qū)147的泄漏電流，可以最 小化第一導(dǎo)電類型連接區(qū)147的寬度。為了這個(gè)目的，首先將用于第一金
屬接觸15la的接觸孔蝕刻到絕緣層160的最下子層內(nèi)，然后執(zhí)fr^:i^i
入，但本發(fā)明不限制于此。例如，可以通過(guò)首先由利用光刻膠的光刻技術(shù) 來(lái)形成離子注入圖案(未示出)、然后利用該離子注入圖案作為離子注入 掩模來(lái)形成第一導(dǎo)電類型連接區(qū)147。
也就是i兌，為了最小化暗信號(hào)并平滑地形成歐姆接觸，如上所述，在 用于第一金屬接觸151a的接觸孔內(nèi)局部地執(zhí)行N+摻雜。如果象在相關(guān)技 術(shù)中那樣對(duì)轉(zhuǎn)移晶體管(Tx)的整個(gè)源極區(qū)域執(zhí)行N+摻雜，則暗信號(hào)可 能由于Si表面懸鍵(dangling bond)而增加。
接下來(lái)，可以通過(guò)沉積多個(gè)電介質(zhì)層(例如，二氧化硅、氮化硅或 其組合)而在半導(dǎo)體^L 100上形成絕緣層160 (如圖1至2所示)。多 個(gè)電介質(zhì)層中的每一個(gè)層可以對(duì)應(yīng)于下金屬線150、 150a和170的金屬(例 如，Ml)。每個(gè)電介質(zhì)層可以包括最下部的共形蝕刻停止層(例如，氮化 硅)、共形緩沖和/或間隙填充層(例如，富硅氧化物[SRO]、 TE0S[例如， 通過(guò)由原硅酸四乙酯和氧的CVD而形成的氧化硅]、未摻雜的硅酸鹽玻璃 [USG]或它們的組合)、體電介質(zhì)層(例如， 一個(gè)或多個(gè)摻雜有氟[例如， 氟硅酸鹽玻璃或FSG]、硼和/或磷[BSG、 PSG和/或BPSG]的氧化珪層)以 及封頂層(例如，由TE0S、 USG、等離子體硅烷[例如，通過(guò)由硅烷和氧 的等離子體輔助的二氧化硅CVD而形成的二氧化硅]或它們的組合而組成，如USG或TE0S上等離子體珪烷的雙層或TE0S上USG的雙層)。
以順序的方式在絕緣層160內(nèi)形成下金屬線150、 150a和170 (見(jiàn)例 如圖1至2 )。每個(gè)下金屬線150、 150a和170可以包括第一金屬接觸(例 如，151a )、第一金屬(Ml)(例如，151)、第二金屬接觸、第二金屬(M2) (例如，152)、第三金屬接觸、第三金屬(M3)(例如，l")以及第四金 屬接觸(例如，154a),但本發(fā)明不限制于此。
金屬線150、 150a和170 (分別地，金屬M(fèi)1、 M2和M3)以及這些金 屬之間用于連接到電結(jié)區(qū)(例如，140和140a)的金屬接觸通常由絕緣層 160包圍。每個(gè)金屬(例如，Ml、 M2、 M3)可以包括濺射-沉積鋁或鋁合 金(例如，Al和最多4wt. %Cu、最多2wt.訂i和/或最多l(xiāng)wt. %Si)，位于 傳統(tǒng)的粘附和/或阻擋層(例如，Ti和/或TiN，如Ti-上-TiN雙層)上、 并且/或者由傳統(tǒng)的粘附、阻擋、凸起抑制和/或抗>^射層(例如，Ti、 TiN、 WN、 TiW合金或它們的組合，如Ti-上-TiN雙層或Ti-上-TiW雙層)所覆 蓋。這些金屬是在絕緣層160的每一層內(nèi)和/或每一層上，并且Ml、 M2 和M3通過(guò)在這些金屬之間形成的金屬接觸而彼此電連接，如圖1至2所 示。金屬接觸可以每個(gè)包括鵠(通過(guò)化學(xué)氣相沉積[CVD]來(lái)沉積)或鋁或 鋁^r(例如，如上所述，通過(guò)濺射來(lái)沉積)，位于傳統(tǒng)的粘附和/或阻擋 層(例如，Ti和/或TiN,如Ti-上-TiN雙層)上?？梢酝ㄟ^(guò)CVD或?yàn)R射 來(lái)沉積Ti、 TiN和TiW層。
參考圖1和2，下金屬線150、 150a分別對(duì)應(yīng)于單位像素和假像素。 下金屬線150、 150a可以分別將光電二極管45、 45a與第一和第二讀出電 路120、 120a相連接，以將光電荷從光電二極管45移出以及將"暗電流" 從光電二極管45a移出。當(dāng)形成與第一和第二讀出電路120、 120a相連接 的下金屬線150、 150a時(shí)，可以同時(shí)形成周邊區(qū)B的一個(gè)或多個(gè)下金屬線 170。如在此所描述的，下金屬線150、 150a、 170可以由包括金屬、 和/或硅化物的不同導(dǎo)電材料組成。
與像素區(qū)A的第一讀出電路120相連接的下金屬線150與執(zhí)行實(shí)質(zhì)性 操作的主像素相連接，而與第二讀出電路120a相連接的下金屬線150a 與假像素相連接。此外，當(dāng)形成下金屬線150的第三金屬153時(shí)，可以同 時(shí)在周邊區(qū)B內(nèi)形成焊盤180。
參考圖3，在絕緣層160上形成光電二極管層40。光電二極管層40 可以包括n型雜質(zhì)區(qū)nO和p型雜質(zhì)區(qū)p+。相應(yīng)地，光電二極管層40可 以具有PN結(jié)可以通過(guò)對(duì)晶體載體執(zhí)行離子注入過(guò)程來(lái)形成光電二極管層40。雖 然沒(méi)有在附圖中示出，但是晶體栽體可以包括單晶n或多晶硅層，它們 中的任一個(gè)都可以用p型雜質(zhì)或n型雜質(zhì)摻雜。
可以通過(guò)首先將n型雜質(zhì)注入晶體載體、然后通過(guò)注入p型雜質(zhì)而在 基敗的表面形成淺的p摻雜區(qū)來(lái)形成光電二極管層40。相應(yīng)地，光電二 極管層40可以具有PN結(jié)，如圖3所示。當(dāng)晶體載體包括單晶體時(shí)，晶體 載體可以通過(guò)鍵合過(guò)程而耦合或鍵合到半導(dǎo)體基tl 100,晶體載體隨后被 部分地移除，使得剩余第一和第二光電二極管圖案45、 45a，其中光電二 極管層40由該單晶體形成。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，n型雜質(zhì)層比p型雜質(zhì)層厚，從而提高電荷存儲(chǔ)能 力。也就是說(shuō)，n型雜質(zhì)層可以比p型雜質(zhì)層厚以便增加表面面積，從而 增強(qiáng)存儲(chǔ)光子的能力。
這樣，在半導(dǎo)體^100上形成光電二極管層40，以實(shí)現(xiàn)垂直集成。
參考圖4,在像素區(qū)A的絕緣層160上形成第一和第二光電二極管圖 案45、 45a。
可以通過(guò)在光電二極管層40上形成硬掩模55、并且利用硬掩模55 作為蝕刻掩模對(duì)光電二極管層40進(jìn)行蝕刻來(lái)形成第一和第二光電二fe管 圖案45、 45a。硬掩模55可以包括氧化物如TE0S，并且可以通過(guò)利用化 學(xué)氣相沉積(CVD)來(lái)趙式沉積氧化物、在氧化物上沉積光刻膠、用光刻 法來(lái)圖案化光刻膠、然后蝕刻氧化物中由圖案化的光刻膠所暴露的部分而 形成。硬掩模55用于圖案化光電二極管層40，以在單位像素內(nèi)形成第一 和第二光電二極管圖案45、 45a。將第一和第二光電二極管圖案45、 45a 形成為分別對(duì)應(yīng)于下金屬線150、 150a。然后通過(guò)利用硬^^模55作為蝕 刻掩模對(duì)光電二極管層40進(jìn)行蝕刻來(lái)形成第一和第二光電二極管圖案 45、 45a?？梢栽诘谝缓偷诙怆姸O管圖案45、 45a之間形成間隙區(qū)25。 間隙區(qū)25可以選擇性地暴露絕緣層160。
相應(yīng)地，第一和第二光電二極管圖案45、 45a被間隙區(qū)25分離并且 因而在分離的像素中，并且可以分別與下金屬線150和150a相連接。在 這時(shí)，與下金屬線150相連接的第一光電二極管圖案45可以包括實(shí)質(zhì)上 作為光傳感器操作的單位像素的部分，并且與下金屬線150a相連接的第 二光電二極管圖案45a可以操作假像素。
此外，光電二極管層40在周邊區(qū)B之上的部分被移除，以暴露對(duì)應(yīng)于周邊區(qū)B的絕緣層160和下金屬線170。
參考圖5，在其上形成有第一和第二光電二極管圖案45、 45a的絕緣 層160上形成第二器件隔離層60。第二器件隔離層60可以包括隔離體如 氧化物(例如，Si02)?？梢栽诮^緣層160上形成器件隔離層60，同時(shí)填 充間隙區(qū)25。相應(yīng)地，可以通過(guò)第二器件隔離層60來(lái)^^第一和第二光電 二極管圖案45、 45a絕緣和/或電隔離。
此夕卜，在絕緣層160以及第一和第二光電二極管圖案45、 45a的整個(gè) 上表面形成器件隔離層60。相應(yīng)地，第二器件隔離層60可以保護(hù)第一和 第二光電二極管圖案45、 45a以及形成于周邊區(qū)B中的元件的表面。
接下來(lái)，形成暴露第一光電二極管圖案45的一部分的第一通孔61 和暴露周邊區(qū)B的下金屬線170的第二通孔62?？梢酝ㄟ^(guò)利用光刻法部 分地移除器件隔離層來(lái)形成第一和第二通孔61、 62。
參考圖6，在第二器件隔離層60上形成上金屬線70，并且上金屬線 70填充第一和第二通孔61和62?？梢酝ㄟ^(guò)在包括第一和第二通孔61和 62的第二器件隔離層60上沉積導(dǎo)電材料而形成上金屬線70。例如，上金 屬線70可以包括一種或更多種導(dǎo)電材料如Ti、 Al、 Cu、 Co或W。
上金屬線70可以通過(guò)第一通孔61而與第一光電二極管圖案45電連 接。另外，上金屬線70可以通過(guò)第二通孔62而與周邊區(qū)B的下金屬線 170電連接。
雖然在圖中沒(méi)有示出，但是上金屬線70可以被圖案化為不覆蓋第一 光電二極管圖案45的光接收區(qū)。也就是說(shuō)，通過(guò)選擇性地移除上金屬線 70的在第一光電二極管圖案45之上的一部分，可以暴露光接收區(qū)。此外， 上金屬線70可以被圖案化為暴露第二器件隔離層60中位于焊盤180以上 的一部分。
上金屬線70與第一光電二極管圖案45而不是第二光電二極管圖案 45a相連接。因此，第一光電二極管圖案45用作光傳感器，而第二光電 二極管圖案45a作為假像素。下金屬線和上金屬線之間的泄漏電流可以影 響對(duì)工作光電二極管中的泄漏電流的測(cè)量。然而，在本實(shí)施例中，泄漏電 流通常不是由下金屬線150a產(chǎn)生，并且假像素不連接到用作重置線的上 金屬線70。也就是說(shuō)，由于可以從假像素內(nèi)的電流的測(cè)量中排除來(lái)自重 置線的泄漏電流，因此正確地測(cè)量(或更精確地估計(jì))工作光電二極管中 的泄漏電流是可能的。由于泄漏電流直接影響暗信號(hào)(即，當(dāng)〗象素被關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的光電荷或出現(xiàn)的信號(hào))，第二光電二極管圖案45a可以用于作為 假像素(例如，參考像素)以測(cè)量暗信號(hào)。
此外，由于上金屬線70將第一通孔61與第二通孔62相連接，因此 第二光電二極管圖案45a可以^LA蓋。也就是說(shuō)，由于入射到第二光電二 極管圖案45a上的光被阻擋，因此通過(guò)比較室溫時(shí)的信號(hào)和高溫時(shí)的信號(hào) 來(lái)改善輸出圖像(其可以受熱像素不利地影響)是可能的。
參考圖7，在第二器件隔離層60和絕緣層160內(nèi)形成暴露焊盤180 的焊盤孔63。可以通過(guò)在第二器件隔離層60上形成光刻膠膜(未示出)、 并且利用光刻法來(lái)蝕刻第二器件隔離層60，形成焊盤孔63。焊盤孔63 暴露焊盤180。
參考圖8,在包括焊盤孔63的絕緣層160之上形成鈍化層80。例如， 可以通過(guò)沉積厚度在100~ 2000A范圍內(nèi)的氧化物如TEOS來(lái)形成鈍化層 80。由于TEOS鈍化層形成于上金屬線70上，因此上金屬線70可以被絕 緣。此外，鈍化層80保護(hù)第一和第二光電二極管圖案45、 45a。另外， 鈍化層80可以在隨后的濾色器形成過(guò)程中保護(hù)焊盤180不被污染。另夕卜， 由于鈍化層80可以以單個(gè)層的形式，因此可以減小圖像傳感器的厚度， 從而使圖像傳感器小型化。而且，由于鈍化層80可以包括單個(gè)氧化物層， 因此可以減小對(duì)入射光的反射和折射，從而增強(qiáng)靈敏度。
參考圖9，在第一和第二光電二極管圖案45、 45a之上的鈍化層80 上形成濾色器90。在每個(gè)單位像素中形成濾色器90以從入射光中過(guò)濾特 定和/或預(yù)定的顏色。雖然在圖中沒(méi)有示出，但是可以在每個(gè)濾色器90 上進(jìn)一步形成M鏡。
根據(jù)上述制造圖像傳感器的方法，由于在形成讀出電路的半導(dǎo)體^ 上形成光電二敗管，因此可以實(shí)現(xiàn)圖4象傳感器的垂直集成。
此外，由于形成了執(zhí)行光傳感操作的主像素和用作參考像素的假像 素，因此可以增強(qiáng)圖4象傳感器的性能。
此外，由于鈍化層可以包括或基本上由在光電二極管和濾色器之間的 單個(gè)層組成，因此可以增強(qiáng)靈敏度。
第二實(shí)施例
圖10是根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)第二實(shí)施例的圖像傳感器的局部詳細(xì)視圖。
根據(jù)第二實(shí)施例的圖像傳感器可以包括半導(dǎo)體基板IOO，有第一和 第二讀出電路120、 120a形成于其上；笫一和第二金屬線150、 150a,形 成于半導(dǎo)體基板100上并且分別與第 一和第二讀出電路120、 12Oa電連接; 以及第一和第二光電二敗管圖案45、 45a，分別與第一和第二金屬線150、 150a電連接并且形成于半導(dǎo)體^L 100之上。
第二實(shí)施例可以采用第一實(shí)施例的技術(shù)特征。
例如，第二實(shí)施例的第一光電二極管圖案45是與上金屬線70相連接 以執(zhí)行實(shí)質(zhì)性操作(例如，光傳感)的主《象素。第二光電二極管圖案45a 可以是假像素，其不與上金屬線70相連接，并且作為參考像素。此外， 鈍化層80可以是上金屬線70上的單個(gè)層，用以保護(hù)圖像傳感器并且在后 續(xù)處理期間防止焊盤被污染。
與第一實(shí)施例不同，第二實(shí)施例包括形成于電結(jié)區(qū)140的一側(cè)的第一 導(dǎo)電類型連接區(qū)148。
才艮據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可以在PO/N-/P-結(jié)140內(nèi)形成用于歐姆接觸的N+ 連接區(qū)148。 N+連接區(qū)148和M1接觸151a可以作為泄漏源。這是因?yàn)樵?工作中，反向偏置可以被施加到？0^-/ -結(jié)140，并且在Si基板的表面層 內(nèi)可以產(chǎn)生電場(chǎng)EF。在所產(chǎn)生的電場(chǎng)的作用下，可能在形成接觸時(shí)產(chǎn)生 的晶體缺陷可以作為泄漏源。
此外，在N+連接區(qū)148形成于？0鄺-:-結(jié)140的表面上的情況下， 可以由^/ 0結(jié)148/145產(chǎn)生附加電場(chǎng)，^/ 0結(jié)148/145也可以作為泄 漏源。
相應(yīng)地，可以提供布局，在該布局中不在PO層內(nèi)形成N類型gUf接 觸，將第一接觸栓塞151a形成為與N+連接區(qū)148相接觸，并且將第一接 觸栓塞151a電連接到N-結(jié)143。因此，可以避免>^41的表面層內(nèi)的電 場(chǎng)，否則，這可以從另外的方面對(duì)3-D集成CIS的暗電流的減小產(chǎn)生貢獻(xiàn)。
在該說(shuō)明書中，對(duì)"一個(gè)實(shí)施例"、"實(shí)施例"、"示例性實(shí)施例"等的 任何引用表示關(guān)于該實(shí)施例而描述的特定特征、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。這些措詞在說(shuō)明書中不同位置的出現(xiàn)不必全部指的 是同一實(shí)施例。此外，當(dāng)關(guān)于任何實(shí)施例來(lái)描述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性時(shí)， 認(rèn)為是這些特征、結(jié)構(gòu)或特性可以與其它實(shí)施例的方面相組合是在本領(lǐng)域 技術(shù)人員的理解范圍內(nèi)。雖然參考多個(gè)示例性實(shí)施例描述了實(shí)施例，但是應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技 術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出將落入本公開(kāi)的原理的精神和范圍內(nèi)的大量其它修改 和實(shí)施例。更具體地，可對(duì)4^>開(kāi)、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的目標(biāo) 組合排列的部件部分和/或配置進(jìn)行變化或修改。除了對(duì)部件部分和/或配 置的變化或修改，替選使用對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)也是明顯的。
權(quán)利要求
1. 一種圖像傳感器，包括半導(dǎo)體基板，其具有由第一器件隔離層所限定的像素區(qū)和周邊區(qū)；第一和第二讀出電路，其在所述像素區(qū)內(nèi)；絕緣層，其包括在所述半導(dǎo)體基板上的第一、第二和第三下金屬線以及焊盤，所述第一和第二下金屬線分別電連接到所述第一和第二讀出電路，并且所述第三下金屬線在所述周邊區(qū)內(nèi)；第一和第二光電二極管圖案，其在所述絕緣層上，并且在每個(gè)像素內(nèi)由間隙區(qū)分離，所述第一和第二光電二極管圖案分別電連接到所述第一和第二下金屬線；第二器件隔離層，其在所述絕緣層以及所述第一和第二光電二極管圖案上；上金屬線，其在所述第二器件隔離層上，與所述第一光電二極管圖案和所述第三下金屬線相連接；焊盤孔，其在所述第二器件隔離層和所述絕緣層內(nèi)，用以暴露所述焊盤；以及鈍化層，其在所述絕緣層和所述上金屬線之上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的圖像傳感器，其中所述第二器件隔離層還 包括部分地暴露所述第 一光電二極管圖案的第 一通孔和暴露所述第 三下金屬線的第二通孔，并且所述上金屬線通過(guò)所述第 一通孔和所述第二通孔與所述第 一光 電二極管圖案和所述第三下金屬線電連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的圖像傳感器，其中所述第二光電二極管圖 案與所述第二讀出電路相連接，并且被配置為測(cè)量或估計(jì)參考電壓。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2的圖像傳感器，其中所述上金屬線覆蓋所述 第二光電二極管圖案。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的圖像傳感器，其中所述第一和第二讀出電 路包括所述半導(dǎo)體基tl內(nèi)的電結(jié)區(qū)，并且所述電結(jié)區(qū)包括在所述半導(dǎo)體基板內(nèi)的第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)；以及 在所述第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)上的第二導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的圖像傳感器，還包括所述電結(jié)區(qū)上的第一 導(dǎo)電類型連接區(qū)，所述第一導(dǎo)電類型連接區(qū)與所述下金屬線電連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5的圖像傳感器，其中所述電結(jié)區(qū)包括PNP結(jié)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的圖像傳感器，其中所述第一和第二讀出電 路包括晶體管，所述晶體管具有源極、漏極以及源極和漏極之間的電 勢(shì)差。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的圖像傳感器，其中所述晶體管是轉(zhuǎn)移晶體 管，所述轉(zhuǎn)移晶體管的漏極是浮置擴(kuò)散區(qū)，并且所述轉(zhuǎn)移晶體管的源 極的離子注入濃度低于漏極的離子注入濃度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5的圖像傳感器,還包括第一導(dǎo)電類型連接區(qū)， 所述第一導(dǎo)電類型連接區(qū)在所述電結(jié)區(qū)的一側(cè)，并且與所述下金屬線 電連接。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的圖像傳感器，其中所述第一導(dǎo)電類型連 接區(qū)與器件隔離區(qū)相接觸，并且與所述電結(jié)區(qū)相連接。
12. —種用于制造圖傳 降感器的方法，包括 在半導(dǎo)體基fcl內(nèi)形成器件隔離層以限定像素區(qū)和周邊區(qū)；在所述半導(dǎo)體^1的所述4象素區(qū)上形成第 一讀出電路和第二讀 出電路；在所述半導(dǎo)體141上形成絕緣層，所述絕緣層包括第一和第二下 金屬線、在所述周邊區(qū)上的第三下金屬線、以及焊盤；在所述像素區(qū)上的所述絕緣層上形成晶體光電二極管層；在所述光電二極管層內(nèi)形成間隙區(qū)，以形成第一光電二極管圖案 和第二光電二極管圖案，所述第一光電二極管圖案和第二光電二極管 圖案在每個(gè)像素內(nèi)由所述間隙區(qū)分離，并且分別與所述第 一讀出電路 和所述第二讀出電路相連接；在所述絕緣層以及所述第一和第二光電二極管圖案上形成第二 器件隔離層；在所述第二器件隔離層上形成上金屬線，所述上金屬線與所述第一光電二極管圖案和所述第三下金屬線相連接；在所述第二器件隔離層和所述絕緣層內(nèi)形成焊盤孔以暴露所述 焊盤；以及在所述絕緣層和所述上金屬線之上形成鈍化層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中形成所述上金屬線包括在形成所述第二器件隔離層之后，形成部分地暴露所述第一光電 二極管圖案的第 一通孔和暴露所述第三下金屬線的第二通孔；在所述第二器件隔離層上形成金屬層，4吏得所述第一通孔和所述 第二通孔被填充；以及移除所述金屬層的一部分，使得所述第二器件隔離層的在所述第 一光電二極管圖案之上的區(qū)域被選擇性地暴露。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述上金屬線覆蓋所述第二 光電二極管圖案。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中形成所述第一和第二讀出電 路包括在所述半導(dǎo)體^L內(nèi)形成電結(jié)區(qū)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中在所述半導(dǎo)體基板內(nèi)形成所 述電結(jié)區(qū)包括在所述半導(dǎo)體基板內(nèi)形成第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)；以及 在所述第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)上形成第二導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，還包括在所述電結(jié)區(qū)內(nèi)形成第 一導(dǎo)電連接區(qū)，所述第一下金屬線連接到所述第一導(dǎo)電連接區(qū)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的方法，還包括在形成所述第一導(dǎo)電類 型連接區(qū)之前蝕刻用于所述第一下金屬線的接觸孔。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，還包括在所述電結(jié)區(qū)的一側(cè)形 成第一導(dǎo)電連接區(qū)，所述第一下金屬線連接到所述第一導(dǎo)電連接區(qū)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中所述第一導(dǎo)電類型連接區(qū)與 器件隔離區(qū)相接觸，并且與所述電結(jié)區(qū)相連接。
全文摘要
提供了圖像傳感器及其制造方法。在圖像傳感器中，半導(dǎo)體基板具有由第一器件隔離層所限定的像素區(qū)和周邊區(qū)。第一和第二光電二極管圖案在像素區(qū)上形成，并且連接到下金屬線以連接到第一和第二讀出電路。第一光電二極管圖案用作有效光電二極管，而第二光電二極管圖案用作假像素。假像素可以測(cè)量泄漏電流。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101471363SQ200810186530
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者金鐘滿 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司