本申請要求于2015年5月22日提交的美國臨時(shí)申請第62/165,274號(hào)的權(quán)益，其內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及圖像傳感器及其制造方法。

背景技術(shù)：

許多現(xiàn)代電子設(shè)備包括圖像傳感器。圖像傳感器包括配置為行和列的像素傳感器的陣列以及支持像素傳感器陣列的操作的邏輯器件。像素傳感器陣列被配置為捕獲場景并將捕獲場景轉(zhuǎn)換為代表性數(shù)據(jù)。一些類型的圖像捕獲包括卷簾快門捕獲和全局快門捕獲。根據(jù)卷簾快門捕獲，圖像傳感器的行或列被順序啟動(dòng)來捕獲共同表示場景的帶的集合。根據(jù)全局快門捕獲，圖像傳感器的所有行和列都被同時(shí)啟動(dòng)來捕獲場景。

一些類型的圖像傳感器包括電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器、前側(cè)照明(FSI)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器和背側(cè)照明(BSI)CMOS圖像傳感器。與CCD圖像傳感器相比，CMOS圖像傳感器具有較低的功耗、減小的尺寸、直接數(shù)字輸出和降低的制造成本。此外，與FSI CMOS圖像傳感器相比較，BSI CMOS圖像傳感器具有較大的量化效率和敏感性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種背側(cè)照明(BSI)圖像傳感器，包括：半導(dǎo)體柱，從光電檢測器開始朝向 后端制程(BEOL)堆疊件垂直延伸；浮置擴(kuò)散區(qū)域(FDR)，通過所述半導(dǎo)體柱與所述光電檢測器垂直隔開，所述FDR包括與所述半導(dǎo)體柱的相鄰側(cè)壁表面橫向偏移的側(cè)壁表面以在所述FDR和所述光電檢測器之間限定橫向凹部；柵極介電層，加襯里于所述半導(dǎo)體柱的側(cè)壁表面并且配置在所述橫向凹部中；以及柵極，配置為與所述柵極介電層橫向相鄰并且填充所述橫向凹部。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造背側(cè)照明(BSI)圖像傳感器的方法，所述方法包括：在半導(dǎo)體區(qū)域上方形成犧牲介電層；在所述犧牲介電層中執(zhí)行第一蝕刻以形成暴露所述半導(dǎo)體區(qū)域中的光電檢測器的開口；在所述開口中形成半導(dǎo)體柱；在所述半導(dǎo)體柱和所述犧牲介電層上方形成浮置擴(kuò)散區(qū)域(FDR)；在所述犧牲介電層中執(zhí)行第二蝕刻，以去除所述犧牲介電層并且在所述FDR和所述光電檢測器之間形成橫向凹部；在所述橫向凹部中形成柵極介電層，以加襯里于所述半導(dǎo)體柱的側(cè)壁表面；形成柵極，以填充所述橫向凹部并通過所述柵極介電層與所述半導(dǎo)體柱橫向隔開。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種背側(cè)照明(BSI)圖像傳感器，包括：后端制程(BEOL)堆疊件，配置在載體襯底上方；半導(dǎo)體區(qū)域，配置在所述BEOL堆疊件上方并與所述BEOL堆疊件隔開，所述半導(dǎo)體區(qū)域包括光電檢測器；一對半導(dǎo)體柱，從所述光電檢測器開始朝向所述BEOL堆疊件垂直延伸；一對浮置擴(kuò)散區(qū)域(FDR)，與所述光電檢測器垂直隔開并且對應(yīng)地鄰接所述半導(dǎo)體柱以與所述光電檢測器相對，其中，所述FDR的側(cè)壁表面遠(yuǎn)離對應(yīng)半導(dǎo)體柱的相鄰側(cè)壁表面橫向偏移；一對柵極介電層，加襯里于所述半導(dǎo)體柱的側(cè)壁表面并橫向配置在所述半導(dǎo)體柱的側(cè)壁表面和所述FDR之間；以及一對柵極，橫向配置為與所述柵極介電層相鄰并且垂直位于所述FDR和所述光電檢測器之間。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)以下詳細(xì)的描述來更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。注意，根據(jù)工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各個(gè)部件沒有按比例繪制。實(shí)際 上，為了討論的清楚，可以任意地增加或減小各個(gè)部件的尺寸。

圖1A示出了具有用于使用全局快門捕獲的背側(cè)照明(BSI)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的像素傳感器的一對垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)的集成電路(IC)的一些實(shí)施例的截面圖。

圖1B示出了具有用于使用全局快門捕獲的BSI CMOS圖像傳感器的像素傳感器的單個(gè)垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)的IC的一些實(shí)施例的截面圖。

圖2示出了使用全局快門捕獲的BSI CMOS圖像傳感器的像素傳感器的一些實(shí)施例的截面圖。

圖3示出了使用全局快門捕獲的BSI CMOS圖像傳感器的像素傳感器的一些實(shí)施例的電路圖。

圖4示出了使用全局快門捕獲的BSI CMOS圖像傳感器的一些實(shí)施例的平面圖。

圖5示出了制造具有用于使用全局快門捕獲的BSI CMOS圖像傳感器的像素傳感器的垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)的IC的方法的一些實(shí)施例的流程圖。

圖6至圖24示出了根據(jù)圖5的方法的處于各個(gè)制造階段的具有垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)的IC的一些實(shí)施例的一系列截面圖。

具體實(shí)施方式

以下公開提供了許多不同的用于實(shí)施本發(fā)明主題的不同特征的實(shí)施例或?qū)嵗?。以下描述部件或配置的具體實(shí)例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例而不用于限制。例如，在以下的描述中，在第二部件上方或之上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件被形成為直接接觸的實(shí)施例，并且也可以包括可以在第一部件和第二部件形成附件部件使得第一部件和第二部分沒有直接接觸的實(shí)施例。此外，本發(fā)明可以在各個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和/或字母。這些重復(fù)是為了簡化和清楚，其本身并不表示所討論的各個(gè)實(shí)施例和/或結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

此外，為了易于描述，可以使用空間相對術(shù)語(諸如“在…下方”、“之下”、“下部”、“上方”、“上部”等)以描述圖中所示一個(gè)元件或部件與另一個(gè)元件或部件的關(guān)系。除圖中所示的定向之外，空間相對術(shù) 語還包括使用或操作中設(shè)備的不同定向。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他定向)，本文所使用的空間相對描述可因此進(jìn)行類似的解釋。

一些背側(cè)照明(BSI)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器包括沿著集成電路(IC)的背側(cè)配置的像素傳感器的陣列，通常在IC的半導(dǎo)體襯底內(nèi)。像素傳感器包括對應(yīng)的光電檢測器和對應(yīng)的晶體管。光電檢測器累積來自入射輻射(例如，光)的電荷，并且晶體管幫助讀出累積的電荷。在BSI CMOS圖像傳感器使用全局快門捕獲的情況下，像素傳感器還包括對應(yīng)的轉(zhuǎn)移晶體管和對應(yīng)的浮置擴(kuò)散區(qū)域(FDR)。轉(zhuǎn)移晶體管選擇性地將來自光電檢測器的累積電荷轉(zhuǎn)移到FDR，并且FDR存儲(chǔ)轉(zhuǎn)移的電荷用于讀出。

對采用全局快門捕獲的BSI CMOS圖像傳感器的挑戰(zhàn)源于FDR。FDR通常配置為與IC背側(cè)的光電檢測器橫向相鄰。這減小了光電檢測器的填充因子(例如，大小)，因此減小了光電檢測器的量子效率(QE)。此外，F(xiàn)DR通常具有與光電檢測器類似的結(jié)構(gòu)，因此響應(yīng)于入射輻射而累積電荷。這種累積會(huì)污染被FDR存儲(chǔ)的電荷并且可引起成像為偽像。為了防止輻射到達(dá)和污染FDR，金屬屏蔽物通常覆蓋IC背側(cè)的FDR。然而，即使具有金屬屏蔽物，通常也會(huì)有很多的輻射到達(dá)FDR，并且全局快門效率(GSE)(即，如何很好地保護(hù)FDR免受輻射影響的措施)通常較差。

鑒于上述內(nèi)容，本發(fā)明涉及具有垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)的IC以實(shí)現(xiàn)使用全局快門捕獲的BSI CMOS圖像傳感器中QE和GSE的改善。根據(jù)IC的一些實(shí)施例，半導(dǎo)體柱從光電檢測器朝向后端制程(BEOL)堆疊件垂直延伸。FDR通常與光電檢測器隔開并配置在半導(dǎo)體柱上與光電檢測器相對。FDR包括遠(yuǎn)離半導(dǎo)體柱與半導(dǎo)體柱的相鄰側(cè)壁表面橫向偏移的側(cè)壁表面，以在側(cè)壁表面之間限定橫向凹部。柵極介電層加襯里于橫向凹部中的半導(dǎo)體柱的側(cè)壁表面，并且金屬柵極填充與柵極介電層橫向相鄰的橫向凹部。

通過形成與光電檢測器垂直隔開的FDR，增加了光電檢測器的填充因子，從而有利地增加了光電檢測器的QE。通過配置與柵極介電層橫向相鄰的金屬柵極并且填充橫向凹部，金屬柵極屏蔽FDR免受輻射以有利地提高 GSE。此外，金屬柵極朝向光電檢測器反射長波長的輻射(例如，大于約530納米)，以有利地提高用于長波長輻射的QE。除了QE和GSE的提高之外，IC可以有利地延伸附加垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)來用于抗模糊(anti-blooming)。

參照圖1A，提供了其中配置一對垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)102、104的IC的一些實(shí)施例的截面圖100A。垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)102、104發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于在BSI CMOS圖像傳感器的像素傳感器，并且可以提高QE和/或GSE。垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)102、104包括讀出垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)102和抗模糊垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)104。讀出垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)102利于讀出在垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)102、104下方的光電檢測器106A中所累積的電荷?？鼓：怪鞭D(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)104有利于去除被光電檢測器106A累積的過量電荷，以防止模糊。

IC包括其中配置光電檢測器106A的半導(dǎo)體區(qū)域108A。半導(dǎo)體區(qū)域108A包括半導(dǎo)體襯底110，并且在一些實(shí)施例中包括一個(gè)或多個(gè)外延層112、114、116A。例如，半導(dǎo)體襯底110可以是塊狀半導(dǎo)體襯底，諸如體硅襯底或絕緣體上硅(SOI)襯底。外延層112、114、116A在半導(dǎo)體襯底110上方相互堆疊。此外，外延層112、114、116A例如可以是半導(dǎo)體材料，諸如硅。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底110是重?fù)诫sp型半導(dǎo)體襯底，并且外延層112、114、116A包括n型外延層114以及堆疊在n型外延層114的相對側(cè)上的一對p型外延層112、116A。

光電檢測器106A被配置在半導(dǎo)體區(qū)域108A中，橫向被隔離區(qū)域118環(huán)繞并且累積來自入射輻射的電荷。光電檢測器106A例如可以是p-n光電二極管或p-i-n光電二極管。光電檢測器106A包括配置在半導(dǎo)體區(qū)域108A中的第一檢測器區(qū)域120以存儲(chǔ)累積的電荷。此外，光電檢測器106A包括配置在半導(dǎo)體區(qū)域108A內(nèi)的與第一檢測器區(qū)域120相鄰并且在一些實(shí)施例中與第一檢測器區(qū)域鄰接的第二檢測器區(qū)域122A，其中，該第二檢測器區(qū)域具有與第一檢測器區(qū)域120相反的摻雜類型。在一些實(shí)施例中，第一檢測器區(qū)域120是半導(dǎo)體區(qū)域108A的n型摻雜區(qū)域，并且第二檢測器區(qū)域122A是半導(dǎo)體區(qū)域108A的p型摻雜區(qū)域。例如，第一檢測器區(qū)域120可以對應(yīng)于n型外延層114的被隔離區(qū)域118橫向環(huán)繞的區(qū)域，并且第二檢 測器區(qū)域122A可對應(yīng)于p型外延層112、116A的被隔離區(qū)域118橫向環(huán)繞的區(qū)域。

隔離區(qū)域118橫向環(huán)繞光電檢測器106A，并且從半導(dǎo)體區(qū)域108A上方垂直延伸到半導(dǎo)體區(qū)域108A中。隔離區(qū)域118例如可以是深溝槽隔離(DTI)區(qū)域、淺溝槽隔離(STI)區(qū)域或者注入隔離區(qū)域。在一些實(shí)施例中，隔離區(qū)域118包括加襯里于溝槽126的溝槽襯里層124以及填充溝槽126的溝槽填充層128。例如，溝槽襯里層124可以是電介質(zhì)，諸如二氧化硅，并且溝槽填充層128例如可以是多晶硅或氧化物。此外，在一些實(shí)施例中，隔離區(qū)域118包括加襯里于溝槽126的摻雜溝槽襯里區(qū)域或?qū)?30和/或插入溝槽126的溝槽覆蓋層132。摻雜溝槽襯里區(qū)域或?qū)?30可以是半導(dǎo)體區(qū)域108的摻雜區(qū)域或摻雜外延層。此外，摻雜溝槽襯里區(qū)域或?qū)?30例如可以摻雜有硼。溝槽覆蓋層132例如可以是電介質(zhì)，諸如二氧化硅。

焊盤層134A以及在一些實(shí)施例中第一蝕刻停止層136A堆疊在半導(dǎo)體區(qū)域108A上方。在一些實(shí)施例中，焊盤層134A橫向環(huán)繞溝槽覆蓋層132和/或具有在溝槽覆蓋層132的上表面下方凹陷的上表面。焊盤層134A例如可以是電介質(zhì)，諸如二氧化硅或一些其他氧化物。此外，在一些實(shí)施例中，第一蝕刻停止層136A被配置在溝槽覆蓋層132和/或焊盤層134A上方。第一蝕刻停止層136例如可以是氮化硅或一些其他氮化物。

對應(yīng)于垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)102、104的讀出FDR 138和抗模糊FDR 140被配置在焊盤層134A和第一蝕刻停止層136A(如果存在的話)上方。FDR 138、140是摻雜外延層以存儲(chǔ)或以其他方式設(shè)置從光電檢測器106A傳送至其的電荷。例如，F(xiàn)DR 138、140可以是非外延層和/或可以重?fù)诫s有n型摻雜物。在一些實(shí)施例中，F(xiàn)DR 138、140的寬度朝向FDR 138、140下方的對應(yīng)半導(dǎo)體柱142、144的寬度離散地變細(xì)，使得FDR 138、140具有T型輪廓。離散變細(xì)限定在FDR 138、140周圍橫向延伸且在FDR 138、140的底面下方凹陷的下表面。在一些實(shí)施例中，通過對應(yīng)的蝕刻停止層146加襯里于下表面。在FDR 138、140的寬度外，在一些實(shí)施例中，通過對應(yīng)的間隔件層148加襯里于FDR 138、140的側(cè)壁表面，和/或通過對應(yīng)的蝕 刻停止層150加襯里于FDR 138、140的上表面。第二蝕刻停止層146、第三蝕刻停止層150和間隔件層148例如可以是氮化硅或一些其他氮化物。

半導(dǎo)體柱142、144從FDR 138、140垂直延伸到第一檢測器區(qū)域120。半導(dǎo)體柱142、144被摻雜以利于電荷從第一檢測器區(qū)域120轉(zhuǎn)移到FDR 138、140。例如，半導(dǎo)體柱142、144可以摻雜有n型或p型摻雜物。此外，半導(dǎo)體柱142、144通常為外延層。半導(dǎo)體柱142、144包括用于轉(zhuǎn)移晶體管154、156的反轉(zhuǎn)溝道區(qū)域152(由細(xì)虛線示出)。反轉(zhuǎn)溝道區(qū)域152沿著半導(dǎo)體柱142、144的側(cè)壁表面在第一檢測器區(qū)域120和FDR 138、140之間垂直延伸。此外，在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體柱142、144包括用于轉(zhuǎn)移晶體管154、156的閾值調(diào)整區(qū)域158。閾值調(diào)整區(qū)域158沿著半導(dǎo)體柱142、144的側(cè)壁表面在第一檢測器區(qū)域120和FDR 138、140之間垂直延伸，以改變用于轉(zhuǎn)移晶體管154、156的閾值電壓。閾值調(diào)整區(qū)域158是半導(dǎo)體柱142、144的摻雜區(qū)域，具有與半導(dǎo)體柱142、144的剩余區(qū)域不同的摻雜物和/或摻雜濃度。

根據(jù)抗模糊設(shè)計(jì)，半導(dǎo)體柱142、144的寬度W1、W2針對對應(yīng)于讀出FDR 138的半導(dǎo)體柱142和對應(yīng)于抗模糊FDR 140的半導(dǎo)體柱144是不同的。然而，讀出半導(dǎo)體柱142的寬度W1通常小于抗模糊半導(dǎo)體柱144的寬度W2。此外，半導(dǎo)體柱142、144的寬度W1、W2變化以控制光遠(yuǎn)離FDR 138、140的反射。例如，讀出半導(dǎo)體柱142的寬度W1例如可以小于或等于約0.2微米以反射長波長光(例如，波長大于約530納米的光)遠(yuǎn)離讀出FDR 138。

轉(zhuǎn)移晶體管154、156對應(yīng)于垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)102、104，并且被配置在FDR 138、140下方以選擇性地將FDR 138、130耦合至第一檢測器區(qū)域120。轉(zhuǎn)移晶體管154、156包括配置在焊盤層134A和第一蝕刻停止層136A(如果存在的話)上方的對應(yīng)垂直轉(zhuǎn)移柵極160、162。此外，垂直轉(zhuǎn)移柵極160、162橫向環(huán)繞半導(dǎo)體柱142、144。在一些實(shí)施例中，垂直轉(zhuǎn)移柵極160、162被配置在相鄰側(cè)上的FDR 138、140和/或間隔件層148下方，同時(shí)在與相鄰側(cè)相對的側(cè)上橫向延伸通過FDR 138、140和/或間隔件層148。垂直轉(zhuǎn)移柵極160、162包括對應(yīng)的柵極填充層164，并且在一些 實(shí)施例中包括對應(yīng)的柵極襯里層166。柵極填充層164填充FDR 138、140下方的橫向凹部，并且限定垂直轉(zhuǎn)移柵極160、162的主體。柵極填充層164例如可以是金屬，諸如鎢。柵極襯里層166加襯里于柵極填充層164周圍的橫向凹部，并且限于橫向凹部內(nèi)。柵極襯里層166例如可以是金屬，諸如氮化鈦。

在IC使用期間，轉(zhuǎn)移晶體管154、156選擇性地將光電檢測器106A中累積的電荷轉(zhuǎn)移到FDR 138、140。例如，為了有利于光電檢測器106A的讀出，累積在讀出FDR 138中的電荷被清除并且測量讀出FDR 138中的任何殘留電荷。此外，通過激活讀出轉(zhuǎn)移晶體管154，光電檢測器106A中的累積電荷橫跨對應(yīng)的反轉(zhuǎn)溝道區(qū)域152轉(zhuǎn)移到讀出FDR 138。通過向讀出垂直轉(zhuǎn)移柵極160施加超過用于讀出轉(zhuǎn)移晶體管154的閾值電壓的電壓來激活讀出轉(zhuǎn)移晶體管154。在預(yù)定的轉(zhuǎn)移周期之后，再次測量讀出FDR 138中的電荷，并且計(jì)算兩個(gè)測量值之間的差值作為用于光電檢測器106A的值。作為另一實(shí)例，為了利于抗模糊，在光電檢測器106A中累積的電荷被轉(zhuǎn)移到抗模糊FDR 140并且通過激活抗模糊轉(zhuǎn)移晶體管156被清除。通過向抗模糊垂直轉(zhuǎn)移柵極162施加超過閾值電壓的電壓來激活抗模糊轉(zhuǎn)移晶體管156。

對應(yīng)于轉(zhuǎn)移晶體管154、156的柵極介電層168被橫向配置在半導(dǎo)體柱142、144與垂直轉(zhuǎn)移柵極160、162之間。柵極介電層168加襯里于半導(dǎo)體柱142、144的側(cè)壁表面，并且橫向環(huán)繞半導(dǎo)體柱142、144。此外，柵極介電層168將垂直轉(zhuǎn)移柵極160、162與半導(dǎo)體柱142、144間隔開，并且在一些實(shí)施例中延伸到半導(dǎo)體柱142、144中。柵極介電層168例如可以是氧化物(諸如二氧化硅)或高k電介質(zhì)(即，介電常數(shù)大于約3.9的介電層)。

BEOL堆疊件170A被配置在FDR 138、140以及轉(zhuǎn)移晶體管154、156上方。BEOL堆疊件170A包括層間介電(ILD)層172A以及堆疊在ILD層172A內(nèi)的金屬化層174A、176A。例如，ILD層172可以是低k電介質(zhì)(即，介電常數(shù)小于約3.9的電介質(zhì))或氧化物。金屬化層174A、176A通過通孔178相互電耦合并且通過接觸件180電耦合至FDR 138、140和垂直 轉(zhuǎn)移柵極160、162。金屬化層174A、176A、通孔178和接觸件180例如可以是金屬，諸如鋁銅、鍺、銅或一些其他金屬。

通過形成與光電檢測器160A垂直隔開的FDR 138、140，光電檢測器106A的填充因子增加，并且光電檢測器106A的QE增加。通過在FDR 138、140下方配置垂直轉(zhuǎn)移柵極160、162，垂直轉(zhuǎn)移柵極160、162屏蔽FDR 138、140免受輻射以改進(jìn)GSE。此外，垂直轉(zhuǎn)移柵極160、162朝向光電檢測器106A反射長波長輻射以提高長波長輻射的QE。

參照圖1B，提供了其中配置單個(gè)垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)102的IC的一些實(shí)施例的截面圖100B。該截面圖與圖1A的截面圖100A截然不同，圖1A的截面圖具有一對垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)。垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)102發(fā)現(xiàn)可應(yīng)用于BSI CMOS圖像傳感器的像素傳感器中，并且可以提高QE和/或GSE。此外，垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)102有利于在垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)102下方的光電檢測器106B中累積的電荷的讀出。

光電檢測器106B被配置在半導(dǎo)體區(qū)域108B中，其包括半導(dǎo)體襯底以及在一些實(shí)施例中包括一個(gè)或多個(gè)外延層112、114、116B。光電檢測器106包括第一檢測器區(qū)域120和第二檢測器區(qū)域122B。第二檢測器區(qū)域122B被配置在半導(dǎo)體區(qū)域108B內(nèi)與第一檢測器區(qū)域120相鄰，并且在一些實(shí)施例中，與該第一檢測器區(qū)域鄰接，第二檢測器區(qū)域具有與第一檢測器區(qū)域120相反的摻雜類型。在一些實(shí)施例中，第一和第二檢測器區(qū)域120、122B分別是半導(dǎo)體區(qū)域108B的n型和p型摻雜區(qū)域。例如，第一檢測器區(qū)域120可以對應(yīng)于n型外延層114的被隔離區(qū)域118橫向環(huán)繞的區(qū)域，并且第二檢測器區(qū)域122B可以對應(yīng)于p型外延層112、116B的被隔離區(qū)域118橫向環(huán)繞的區(qū)域。

BEOL堆疊件170B被配置在垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)102和半導(dǎo)體區(qū)域108B上方，其中，垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)102和半導(dǎo)體區(qū)域108B通過焊盤層138B以及在一些實(shí)施例中通過第一蝕刻停止層136B垂直隔開。例如，焊盤層134B和第一蝕刻停止層136B可分別為二氧化硅和氮化硅。BEOL堆疊件170B包括ILD層172B和堆疊在ILD層172B內(nèi)的金屬化層174B、176B。例如，ILD層172B可以為低k電介質(zhì)或氧化物。金屬化層174B、176B通 過通孔178相互電耦合，并且通過接觸件180電耦合至FDR 138和垂直轉(zhuǎn)移柵極160。金屬化層174B、176B、通孔178和接觸件180例如可以是金屬，諸如鋁銅、鍺、銅或一些其他金屬。

參照圖2，提供了使用全局快門捕獲的BSI CMOS圖像傳感器的像素傳感器的一些實(shí)施例的截面圖200。像素傳感器包括根據(jù)圖1A或圖1B的IC 100(如圖1A所示)。IC 100被配置在載體襯底202上方并且通過IC 100的BEOL堆疊件170接合至載體襯底202。相對于圖1A和圖1B的截面圖100A、100B，IC 100被旋轉(zhuǎn)180度。例如，載體襯底202可以是塊狀半導(dǎo)體襯底，諸如體硅襯底或SOI襯底。

BEOL堆疊件170被配置在載體襯底202上方，并且包括ILD層172和堆疊在ILD層172內(nèi)的金屬化層174、176。ILD層172例如可以為低k電介質(zhì)或氧化物。金屬化層174、176通過通孔178相互電耦合，并且通過接觸件180電耦合至一個(gè)或多個(gè)上覆的FDR 138、140以及一個(gè)或多個(gè)上覆的垂直轉(zhuǎn)移柵極160、162。金屬化層174、176、通孔178和接觸件180例如可以是金屬，諸如鋁銅、鍺、銅或一些其他金屬。

半導(dǎo)體區(qū)域108被配置在BEOL堆疊件170、FDR 138、140和垂直轉(zhuǎn)移柵極160、162上方，其中，該半導(dǎo)體區(qū)域通過焊盤層134以及在一些實(shí)施例中通過第一蝕刻停止層136與它們垂直隔開。例如，焊盤層134和蝕刻停止層136可以分別為二氧化硅和氮化硅。半導(dǎo)體區(qū)域108包括半導(dǎo)體襯底108，以及在一些實(shí)施例中包括半導(dǎo)體襯底110下方的一個(gè)或多個(gè)外延層112、114、116。

光電檢測器106被配置在半導(dǎo)體區(qū)域108中，位于焊盤層134和第一蝕刻停止層136(如果存在的話)上方。光電檢測器106包括第一檢測器區(qū)域120和第二檢測器區(qū)域122。第二檢測器區(qū)域122被配置在半導(dǎo)體區(qū)域108內(nèi)與第一檢測器區(qū)域120相鄰，并且在一些實(shí)施例中與第一檢測器區(qū)域120鄰接，該第二檢測器區(qū)域具有與第一檢測器區(qū)域120相反的摻雜類型。在一些實(shí)施例中，第一和第二檢測器區(qū)域120、122分別為半導(dǎo)體區(qū)域108的n型和p型摻雜區(qū)域。例如，第一檢測器區(qū)域120可對應(yīng)于n型外延層114的被隔離區(qū)域118橫向環(huán)繞的區(qū)域，以及第二檢測器區(qū)域122 可對應(yīng)于p型外延層112的被隔離區(qū)域118橫向環(huán)繞的區(qū)域。

沿著IC 100的背側(cè)，鈍化層204被配置在IC 100上方，并且濾色器206和微透鏡208堆疊在鈍化層204上方。例如，鈍化層204可以是氮化物或氧化物的單層或者包括氧化物-氮化物-氧化物堆疊件的多層膜。濾色器206被分配輻射(例如光)的顏色或波長，并且被配置為將分配的輻射的顏色或波長傳送到光電檢測器106。通常，濾色器分配是紅色、綠色和藍(lán)色中的一種。在一些實(shí)施例中，濾色器206具有與鈍化層204的頂面近似共面的平坦上表面，使得濾色器206被埋入鈍化層204中。微透鏡208被配置在濾色器206上方，并且被配置為朝向光電檢測器106和/或?yàn)V色器206聚集入射輻射。

參照圖3，提供了使用全局快門捕獲的BSI CMOS圖像傳感器的像素傳感器的一些實(shí)施例的電路300。像素傳感器包括光電檢測器106，其電耦合至讀出FDR 138(模型化為電容器)，并且在一些實(shí)施例中電耦合至抗模糊FDR 140(模型化為電容器)。光電檢測器106通過讀出轉(zhuǎn)移晶體管154電耦合至讀出FDR 138，轉(zhuǎn)移晶體管154選擇性地將電荷從光電檢測器106轉(zhuǎn)移到讀出FDR 138。此外，在存在抗模糊FDR 140的情況下，光電檢測器106通過抗模糊轉(zhuǎn)移晶體管156電耦合至抗模糊FDR 140?？鼓：D(zhuǎn)移晶體管156選擇性地將電荷從光電檢測器106轉(zhuǎn)移到抗模糊FDR 140，其中通過連接至抗模糊FDR 140的電源302來清除電荷。

讀出FDR 138通過重置晶體管304電耦合至電源302，并且電耦合至源極跟隨器晶體管306的柵極。重置晶體管304通過將讀出FDR 138連接至電源302而選擇性地清除存儲(chǔ)在讀出FDR 138處的電荷。源極跟隨器晶體管306將讀出FDR138處存儲(chǔ)的電荷轉(zhuǎn)換為電壓。源極跟隨器晶體管306連接在電源302和行選擇晶體管308之間。行選擇晶體管308對應(yīng)于像素傳感器陣列中的行，并且選擇性地將來自源極跟隨器晶體管306的電壓連接至輸出310。

在像素傳感器的使用期間，像素傳感器在預(yù)定的曝光周期內(nèi)暴露給輻射。在一些實(shí)施例中，在曝光開始之前，通過激活抗模糊轉(zhuǎn)移晶體管156來清除在光電檢測器106中累積的電荷。在曝光周期中，光電檢測器106 通過累積與輻射強(qiáng)度成比例的電荷來記錄入射輻射的強(qiáng)度。在曝光周期之后，讀出累積的電荷。在一些實(shí)施例中，通過暫時(shí)地激活重置晶體管304來讀出累積的電荷，以清除在讀出FDR 138處存儲(chǔ)的電荷。此后，在預(yù)定的轉(zhuǎn)移周期內(nèi)激活行選擇晶體管308和讀出轉(zhuǎn)移晶體管154，從而將電荷轉(zhuǎn)移到讀出FDR 138。在預(yù)定轉(zhuǎn)移周期的開始和結(jié)束時(shí)，測量輸出310處的電壓。然后，計(jì)算記錄輻射的強(qiáng)度作為測量值的差值。

參照圖4，提供了使用全局快門捕獲的BSI CMOS圖像傳感器的一些實(shí)施例的平面圖400。BSI CMOS圖像傳感器包括傳感器區(qū)域402，像素傳感器404的陣列被配置為行和列。像素傳感器404例如可以對應(yīng)于圖2或圖3的像素傳感器。此外，BSI CMOS圖像傳感器包括橫向環(huán)繞傳感器區(qū)域402的邏輯和互連區(qū)域406、408。邏輯區(qū)域406包括支持像素傳感器陣列的操作的邏輯，諸如支持像素傳感器陣列的讀出的邏輯。互連區(qū)域408橫向環(huán)繞邏輯區(qū)域406，并且包括用于將BSI CMOS圖像傳感器連接至外部設(shè)備的焊盤結(jié)構(gòu)。

參照圖5，流程圖500提供了用于制造具有用于使用全局快門捕獲的BSI CMOS圖像傳感器的像素傳感器的垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)的IC的方法的一些實(shí)施例。

在步驟502中，提供半導(dǎo)體區(qū)域。半導(dǎo)體區(qū)域包括被隔離區(qū)域橫向環(huán)繞并且被焊盤層覆蓋的光電檢測器。

在步驟504中，在焊盤層上方形成第一蝕刻停止層，在第一蝕刻停止層上方形成犧牲介電層，以及在犧牲介電層上方形成第二蝕刻停止層。

在步驟506中，在第一蝕刻停止層、第二蝕刻停止層、焊盤層和犧牲介電層中執(zhí)行第一蝕刻，以形成轉(zhuǎn)移晶體管開口。

在步驟508中，半導(dǎo)體柱被形成為限于轉(zhuǎn)移晶體管開口，浮置擴(kuò)散層被形成為上覆半導(dǎo)體柱和第二蝕刻停止層，并且第三蝕刻停止層被形成為上覆浮置擴(kuò)散層。

在步驟510中，在第二和第三蝕刻停止層和浮置擴(kuò)散層中執(zhí)行第二蝕刻，以在半導(dǎo)體柱上方形成FDR。通過形成與光電檢測器垂直隔開的FDR，可以增加光電檢測器的填充因子，從而有利地增加光電檢測器的QE。

在步驟512中，間隔件層被形成為加襯里于FDR的側(cè)壁表面，并且閾值調(diào)整區(qū)域被形成為加襯里于半導(dǎo)體柱的側(cè)壁表面。

在步驟514中，在犧牲介電層中執(zhí)行第三蝕刻以去除犧牲氧化物，從而在FDR下方限定橫向凹部。

在步驟516中，柵極氧化物層被形成為加襯里于FDR下方的橫向凹部的側(cè)壁表面。

在步驟518中，柵極襯里層被形成為加襯里于橫向凹部并限于橫向凹部內(nèi)。

在步驟520中，柵極填充層被形成為填充橫向凹部。通過配置柵極襯里和填充層與柵極介電層相鄰并且垂直位于FDR和光電檢測器之間，F(xiàn)DR被屏蔽免受輻射以有利地提高GSE。此外，朝向光電檢測器反射長波長的輻射(例如，大于530納米)以有利地提高用于長波長輻射的QE。

在步驟522中，在FDR上方形成ILD層，并且接觸件被形成為從金屬化層開始延伸穿過ILD層到達(dá)柵極填充層和FDR。

垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)通常朝向光電檢測器的讀出而定向。在一些實(shí)施例中，該方法可以有利地?cái)U(kuò)展到形成與用于讀出的垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)并聯(lián)的用于抗模糊的附加垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)。在這種實(shí)施例中，通過垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)的尺寸來控制抗模糊設(shè)計(jì)。

雖然所公開的方法(例如，通過流程圖500所描述的方法)在本文被示出和描述為一系列動(dòng)作或事件，但應(yīng)該理解，這些動(dòng)作或事件的所示順序不應(yīng)解釋為限制的目的。例如，一些動(dòng)作可以以不同的順序發(fā)生或者與除了本文示出和/或描述的之外的其他動(dòng)作或事件同時(shí)發(fā)生。此外，不是所有示出的動(dòng)作都被要求實(shí)施本文說明書的一個(gè)或多個(gè)方面或?qū)嵤├?，并且可以在一個(gè)或多個(gè)不同的動(dòng)作和/或階段中執(zhí)行本文描述的一個(gè)或多個(gè)動(dòng)作。

參照圖6至圖24，提供了處于各個(gè)制造階段的具有垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)的IC的一些實(shí)施例的截面圖以示出圖5的方法。盡管參照圖5的方法描述了圖6至圖24，但應(yīng)該理解，圖6至圖24公開的結(jié)構(gòu)不限于圖5的方法，而是可以獨(dú)立作為與圖5的方法無關(guān)的結(jié)構(gòu)。類似地，盡管參照圖6至圖 24描述了圖5的方法，但應(yīng)該理解，圖5的方法不限于圖6至圖24公開的結(jié)構(gòu)，而是可以獨(dú)立作為與圖6至圖24公開的結(jié)構(gòu)無關(guān)的方法。

圖6和圖7示出了對應(yīng)于動(dòng)作502的一些實(shí)施例的截面圖600、700。

如圖6所示，提供或以其他方法形成半導(dǎo)體區(qū)域108’和焊盤氧化物層134’。半導(dǎo)體區(qū)域108’包括半導(dǎo)體襯底110，并且在一些實(shí)施例中包括配置在半導(dǎo)體襯底110上方的一個(gè)或多個(gè)外延層112’、114’、116’。外延層112’、114’、116’堆疊在半導(dǎo)體襯底110上方，并且例如可以通過外延生長工藝順序形成。在一些實(shí)施例中，外延層112’、114’、116’包括n型外延層114’以及堆疊在n型外延層114’的相對側(cè)上的一對p型外延層112’、114’。焊盤氧化物層134’上覆半導(dǎo)體區(qū)域108’并且例如可以通過氣相沉積(例如，化學(xué)氣相沉積(CVD))、熱氧化、旋涂或任何其他適當(dāng)?shù)某练e技術(shù)來形成。

如圖7所示，隔離區(qū)域118形成為從半導(dǎo)體區(qū)域108’上方延伸到半導(dǎo)體區(qū)域108’中(參見圖6)。在一些實(shí)施例中，隔離區(qū)域118延伸到外延層112’、114’、116’(參見圖6)中。例如，隔離區(qū)域118可以延伸穿過p型外延層112’、116’中的一個(gè)外延層116’、穿過n型外延層114’并且延伸到p型外延層112’、116’中的另一外延層112’中。此外，隔離區(qū)域118被形成為橫向環(huán)繞半導(dǎo)體區(qū)域108’的光電檢測器。

在一些實(shí)施例中，用于形成隔離區(qū)域118的工藝包括在焊盤氧化物層上方形成焊盤氮化物層以及在焊盤氮化物層上方形成第一溝槽覆蓋層。此后，在半導(dǎo)體區(qū)域108’中執(zhí)行蝕刻以形成橫向環(huán)繞光電檢測器區(qū)域的溝槽126。清潔溝槽126，并且在一些實(shí)施例中，通過外延或離子注入加襯于溝槽126來形成摻雜溝槽襯里區(qū)域或?qū)?30。溝槽襯里層124生長為加襯里于溝槽126，并且溝槽填充層128形成為填充溝槽126并上覆第一溝槽覆蓋層。執(zhí)行蝕刻以回蝕溝槽填充層128，并且第二溝槽覆蓋層132形成在溝槽126中，且位于第一溝槽覆蓋層上方。在第一和第二溝槽覆蓋層132中執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)以去除第一溝槽覆蓋層，并且在焊盤氮化物中執(zhí)行蝕刻以去除焊盤氮化物層。

在形成隔離區(qū)域118之后，剩余的半導(dǎo)體區(qū)域108”被剩余的焊盤氧化 物層134”覆蓋，并且包括橫向環(huán)繞光電檢測器106’的隔離區(qū)域118。隔離區(qū)域118例如可以是DTI區(qū)域。光電檢測器106’包括配置在剩余半導(dǎo)體區(qū)域108”內(nèi)的第一檢測器區(qū)域120以存儲(chǔ)累積電荷。此外，光電檢測器106’包括配置在剩余半導(dǎo)體區(qū)域108”內(nèi)與第一檢測器區(qū)域120相鄰的第二檢測器區(qū)域122’，第二檢測器區(qū)域具有與第一檢測器區(qū)域120相反的摻雜類型。在一些實(shí)施例中，第一檢測器區(qū)域120對應(yīng)于剩余n型外延層114的被隔離區(qū)域118橫向環(huán)繞的區(qū)域，以及第二檢測器區(qū)域122’對應(yīng)于剩余p型外延層112、116”的被隔離區(qū)域118橫向環(huán)繞的區(qū)域。

圖8示出了對應(yīng)于動(dòng)作504的一些實(shí)施例的截面圖800。如圖所示，第一蝕刻停止層136’形成在焊盤氧化物層134”和隔離區(qū)域118上方，犧牲介電層802形成在第一蝕刻停止層136’上方，并且第二蝕刻停止層804形成在犧牲介電層802上方。在一些實(shí)施例中，第一和第二蝕刻停止層136’、804和犧牲介電層802使用氣相沉積、熱氧化、旋涂或任何其他適當(dāng)?shù)某练e技術(shù)順序形成。犧牲介電層802例如可以形成為氧化物或一些其他電介質(zhì)。

圖9示出了對應(yīng)于動(dòng)作506的一些實(shí)施例的截面圖900。如圖所示，對第一檢測器區(qū)域120執(zhí)行第一蝕刻，穿過第一和第二蝕刻停止層136’、804(參見圖8)、犧牲和焊盤氧化物層134”、802(參見圖8)和半導(dǎo)體區(qū)域108”(參見圖8)的選擇區(qū)域。第一蝕刻產(chǎn)生在剩余的第一和第二蝕刻停止層136、804’、剩余的焊盤和犧牲介電層134、802’和剩余的半導(dǎo)體區(qū)域108中露出第一檢測器區(qū)域120的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)移柵極開口902、904。轉(zhuǎn)移柵極開口902、904包括用于讀出垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移柵極開口902。讀出轉(zhuǎn)移柵極開口902的寬度例如可以小于或等于大約0.2微米。此外，在一些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)移柵極開口902、904包括用于抗模糊垂直轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移柵極開口904。抗模糊轉(zhuǎn)移柵極結(jié)構(gòu)904的寬度通常大于讀出轉(zhuǎn)移柵極開口902的寬度。有利地，通過控制轉(zhuǎn)移柵極開口902、904的寬度和其他尺寸，可以容易地實(shí)施抗模糊設(shè)計(jì)。

在一些實(shí)施例中，用于執(zhí)行第一蝕刻的工藝包括形成第一光刻膠層906以掩蔽第二蝕刻停止層804的橫向環(huán)繞選擇區(qū)域的區(qū)域。此外，根據(jù)第一 光刻膠層906的圖案，一種或多種第一蝕刻劑908可以被應(yīng)用于第一和第二蝕刻停止層136’、804、犧牲介電層802、焊盤氧化物層134”和半導(dǎo)體區(qū)域108”。此后，可以去除第一光刻膠層906。

圖10示出了對應(yīng)于動(dòng)作508的一些實(shí)施例的截面圖1000。如圖所示，對應(yīng)于轉(zhuǎn)移柵極開口902、904的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體柱142’、144’被形成為部分地填充轉(zhuǎn)移柵極開口902、904。此外，半導(dǎo)體柱142’、144’被形成為限于轉(zhuǎn)移柵極開口902、904內(nèi)并且具有n或p摻雜類型。例如可以使用選擇外延生長工藝形成半導(dǎo)體柱142’、144’。

此外，如圖10所示，形成浮置擴(kuò)散層1002和第三蝕刻停止層1004。浮置擴(kuò)散層1002被形成為在半導(dǎo)體柱142’、144’和第二蝕刻停止層804’上方填充剩余轉(zhuǎn)移柵極開口902、904的外延和/或半導(dǎo)體層。此外，在一些實(shí)施例中，浮置擴(kuò)散層1002被形成為重?fù)诫s(相對于半導(dǎo)體柱142’、144)有n或p摻雜類型。浮置擴(kuò)散層1002例如可以使用選擇非外延生長工藝形成。例如，使用氣相沉積、旋涂或任何其他適當(dāng)?shù)某练e工藝在浮置擴(kuò)散層1002上方形成第三蝕刻停止層1004。

圖11示出了對應(yīng)于動(dòng)作510的一些實(shí)施例的截面圖1100。如圖所示，在第二和第三蝕刻停止層804’、1004(參見圖10)和浮置擴(kuò)散層1002(參見圖10)中執(zhí)行第二蝕刻以穿過選擇區(qū)域。第二蝕刻產(chǎn)生對應(yīng)于半導(dǎo)體柱142’、144’的一個(gè)或多個(gè)FDR 138、140。FDR 138、140上覆半導(dǎo)體柱142’、144’并具有遠(yuǎn)離半導(dǎo)體柱142’、144’的相鄰側(cè)壁表面橫向偏移的側(cè)壁表面。第二蝕刻還將第二和第三蝕刻停止層804’、1004劃分為分別用于FDR 138、140的子層146、150。

在一些實(shí)施例中，用于執(zhí)行第二蝕刻的工藝可以包括形成第二光刻膠層1102，以掩蔽第三蝕刻停止層1004的被選擇區(qū)域橫向環(huán)繞的區(qū)域。此外，根據(jù)第二光刻膠層1102的圖案，一種或多種第二蝕刻劑1104可以被應(yīng)用于第二和第三蝕刻停止層804’、1004以及浮置擴(kuò)散層1002。通常，當(dāng)蝕刻穿過浮置擴(kuò)散層1002時(shí)，第二蝕刻停止層804’被用作蝕刻停止。此后，可以去除第二光刻膠層1102。

圖12至圖14示出了對應(yīng)于動(dòng)作512的一些實(shí)施例的截面圖1200、 1300、1400。

如圖12所示，間隔件層1202被形成為加襯里于FDR 138、140和犧牲介電層802’。通常，共形地形成間隔件層1202。例如可以使用氣相沉積、熱氧化、旋涂或任何其他適當(dāng)?shù)某练e技術(shù)來形成間隔件層1202。

如圖13所示，摻雜物被注入半導(dǎo)體柱142’、144’(參見圖12)中。注入產(chǎn)生包括一個(gè)或多個(gè)對應(yīng)的閾值調(diào)整區(qū)域158’的一個(gè)或多個(gè)剩余半導(dǎo)體柱142’、144’。閾值調(diào)整區(qū)域158’沿著剩余半導(dǎo)體柱142’、144’的側(cè)壁表面在第一檢測器區(qū)域120和FDR 138、140之間垂直延伸。閾值調(diào)整區(qū)域158’改變閾值電壓用于制造中的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管。

如圖14所示，在間隔件層1202(參見圖13)中執(zhí)行第三蝕刻。第二蝕刻去除間隔件層1202的橫向伸展，并將間隔件層1202劃分為分別用于FDR 138、140的一個(gè)或多個(gè)子層148，并且限于側(cè)壁表面。在一些實(shí)施例中，用于執(zhí)行第三蝕刻的工藝可包括向間隔件層1202應(yīng)用第三蝕刻劑1402。

圖15示出了對應(yīng)于動(dòng)作514的一些實(shí)施例的截面圖1500。如圖所示，在犧牲介電層802’(參見圖14)中執(zhí)行第四蝕刻以去除犧牲介電層802’。第四蝕刻產(chǎn)生位于對應(yīng)FDR 138、140下方的一個(gè)或多個(gè)橫向凹部1502。在一些實(shí)施例中，用于執(zhí)行第四蝕刻的工藝可以包括向犧牲介電層802’應(yīng)用一種或多種第四蝕刻劑1504。通常，在第四蝕刻期間，第一蝕刻停止層136用作蝕刻停止。此外，第二和第三蝕刻停止層146、150以及間隔件層148掩蔽并保護(hù)FDR 138、140。

圖16示出了對應(yīng)于動(dòng)作516的一些實(shí)施例的截面圖1600。如圖所示，對應(yīng)于半導(dǎo)體柱142”、144”(參見圖15)的一個(gè)或多個(gè)柵極介電層168被形成為加襯里于橫向凹部1502中的半導(dǎo)體柱142”、144”的側(cè)壁表面。此外，在一些實(shí)施例中，在半導(dǎo)體柱142”、144”和閾值調(diào)整區(qū)域158’中部分地形成柵極介電層168，使得形成產(chǎn)生包括柵極介電層168的一個(gè)或多個(gè)剩余半導(dǎo)體柱142、144以及一個(gè)或多個(gè)剩余閾值調(diào)整區(qū)域158。柵極氧化物層168例如可以使用熱氧化來形成。

圖17和圖18示出了對應(yīng)于動(dòng)作518的一些實(shí)施例的截面圖1700、 1800。

如圖17所示，柵極襯里層1702形成為加襯里于橫向凹部1502、蝕刻停止層136、140、150和間隔件層148。通常，共形地形成柵極襯里層1702。例如可以使用氣相沉積、熱氧化、旋涂或任何其他適當(dāng)?shù)某练e技術(shù)來形成柵極襯里層1702。

如圖18所示，在柵極襯里層1702(參見圖17)中執(zhí)行第五蝕刻以回蝕柵極襯里層1702。第五蝕刻將柵極襯里層1702劃分為分別用于橫向凹部1502的一個(gè)或多個(gè)子層166并限于橫向凹部1502。在一些實(shí)施例中，用于執(zhí)行第五蝕刻的工藝可包括向柵極襯里層1702應(yīng)用第五蝕刻劑1802。通常，在第五蝕刻期間，第一蝕刻停止層136用作蝕刻停止。此外，第二和第三蝕刻停止層146、150以及間隔件層148掩蔽和保護(hù)FDR 138、140。

圖19和圖20示出了對應(yīng)于動(dòng)作520的一些實(shí)施例的截面圖1900、2000。

如圖19所示，柵極填充層1902被形成為填充橫向凹部1502。例如可以使用選擇金屬生長或任何其他適當(dāng)?shù)某练e技術(shù)來形成柵極填充層1902。通常，柵極填充層1902形成有與第二蝕刻停止層146的下表面基本共面的上表面。

如圖20所示，在柵極填充層1902(參見圖19)中執(zhí)行第六蝕刻穿過選擇區(qū)域。第六蝕刻將柵極填充層1902劃分為對應(yīng)于半導(dǎo)體柱142、144的一個(gè)或多個(gè)子層164。子層164通常限于相鄰側(cè)上的FDR 138、140下方，并且通常在與相鄰側(cè)面相對的側(cè)面上橫向延伸到FDR 138、140外。

在一些實(shí)施例中，用于執(zhí)行第六蝕刻的工藝可以包括形成第三光刻膠層2002以掩蔽柵極填充層1902的橫向環(huán)繞選擇區(qū)域的區(qū)域。此外，根據(jù)第三光刻膠層2002的圖案，可以向柵極填充層1902應(yīng)用一種或多種第六蝕刻劑2004。通常，當(dāng)蝕刻穿過柵極填充層1902時(shí)，第一蝕刻停止層136用作蝕刻停止。此后，可以去除第三光刻膠層2002。

圖21至圖24示出了對應(yīng)于動(dòng)作522的一些實(shí)施例的截面圖2100、2200、2300、2400。

如圖21所示，ILD’層172’形成有位于FDR 138、140和半導(dǎo)體區(qū)域108 上方的平坦上表面。用于形成ILD層172’的工藝可以包括沉積ILD層172’并且對ILD層172’執(zhí)行CMP和/或回蝕。

如圖22所示，在ILD層172’(參見圖21)的選擇區(qū)域中執(zhí)行第七蝕刻。第七蝕刻產(chǎn)生具有接觸開口2202的剩余ILD層172，以暴露柵極填充層164和FDR 138、140。在一些實(shí)施例中，用于執(zhí)行第七蝕刻的工藝可以包括形成第四光刻膠層2204，以掩蔽ILD層172’的橫向環(huán)繞選擇區(qū)域的區(qū)域。此外，根據(jù)第四光刻膠層2204的圖案，可以向ILD層172’應(yīng)用一個(gè)或多個(gè)第七蝕刻劑2206。通常，當(dāng)蝕刻穿過ILD層172’時(shí)，第三蝕刻停止層150被用作蝕刻停止。此后，可以去除第四光刻膠層2204。

如圖23所示，金屬層2302形成有位于ILD層172上方的平坦上表面并填充接觸開口2202。金屬層2302包括金屬化層174’以及將金屬化層174’電耦合至柵極填充層164和FDR 138、140的接觸件180。用于形成金屬層2302的工藝可以包括例如使用氣相沉積、旋涂或任何其他適當(dāng)?shù)某练e工藝來沉積金屬層2302。此后，可以在金屬層2302中執(zhí)行CMP。

如圖24所示，在金屬層2302的選擇區(qū)域中執(zhí)行第八蝕刻(參見圖23)。第八蝕刻產(chǎn)生剩余的金屬層2302’，其包括通過接觸件180電耦合至柵極填充層164和FDR 138、140的剩余金屬化層174。在一些實(shí)施例中，用于執(zhí)行第八蝕刻的工藝可以包括形成第五光刻膠層2402以掩蔽金屬層2302的橫向環(huán)繞選擇區(qū)域的區(qū)域。此外，根據(jù)第五光刻膠層2402的圖案，可以向金屬層2302應(yīng)用一種或多種第八蝕刻劑2404，此后，可以去除第五光刻膠層2402。

因此，從上面可以理解，本發(fā)明提供了一種BSI圖像傳感器。半導(dǎo)體柱從光電檢測器開始朝向后端制程(BEOL)堆疊件垂直延伸。FDR通過半導(dǎo)體柱與光電檢測器垂直隔開。FDR包括與半導(dǎo)體柱的相鄰側(cè)壁表面橫向偏移的側(cè)壁表面以在FDR和光電檢測器之間限定橫向凹部。柵極介電層加襯里于半導(dǎo)體柱的側(cè)壁表面并且配置在橫向凹部中。柵極配置為與柵極介電層橫向相鄰并且填充橫向凹部。

優(yōu)選地，與所述光電檢測器相對的所述FDR鄰接所述半導(dǎo)體柱，并且所述FDR具有比所述半導(dǎo)體柱大的占位面積。

優(yōu)選地，所述柵極包括：金屬柵極襯里層，被限制于所述橫向凹部并且加襯里于所述橫向凹部；以及金屬柵極填充層，填充所述橫向凹部。

優(yōu)選地，BSI圖像傳感器還包括：半導(dǎo)體區(qū)域，鄰接所述半導(dǎo)體柱，與所述FDR相對，其中所述光電檢測器被配置在所述半導(dǎo)體區(qū)域中并且被隔離區(qū)域橫向環(huán)繞。

優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體柱的寬度小于或等于約0.2微米。

優(yōu)選地，BSI圖像傳感器還包括：載體襯底，配置在所述BEOL堆疊件下方并與所述BEOL堆疊件鄰接；鈍化層，配置在所述光電檢測器上方；濾色器，配置在所述鈍化層上方；以及微透鏡，配置在所述濾色器上方。

優(yōu)選地，所述FDR是n型外延層，并且所述半導(dǎo)體柱是n型或p型外延層。

優(yōu)選地，BSI圖像傳感器還包括：第二半導(dǎo)體柱，從所述光電檢測器開始朝向所述BEOL堆疊件垂直延伸；第二FDR，通過所述第二半導(dǎo)體柱與所述光電檢測器垂直隔開，所述第二FDR包括與所述第二半導(dǎo)體柱的相鄰側(cè)壁表面橫向偏移的側(cè)壁表面以在所述第二FDR和所述光電檢測器之間限定第二橫向凹部；第二柵極介電層，加襯里于所述第二半導(dǎo)體柱的側(cè)壁表面并配置在所述第二橫向凹部中；以及第二柵極，配置為與所述第二柵極介電層橫向相鄰并且填充所述第二橫向凹部。

優(yōu)選地，所述第二半導(dǎo)體柱的寬度大于所述半導(dǎo)體柱的寬度。在其他實(shí)施例中，提供了一種制造BSI圖像傳感器的方法。在半導(dǎo)體區(qū)域上方形成犧牲介電層。在犧牲介電層中執(zhí)行第一蝕刻以形成暴露半導(dǎo)體區(qū)域中的光電檢測器的開口。在開口中形成半導(dǎo)體柱。在半導(dǎo)體柱和犧牲介電層上方形成FDR。在犧牲介電層中執(zhí)行第二蝕刻以去除犧牲介電層并且在FDR和電檢測器之間形成橫向凹部。形成填充橫向凹部并通過柵極介電層與半導(dǎo)體柱橫向隔開的柵極。

優(yōu)選地，形成所述FDR包括：生長位于所述半導(dǎo)體柱上方并與所述半導(dǎo)體柱鄰接的FDR層，以及所述FDR層位于所述犧牲介電層上方；在所述FDR層中執(zhí)行第三蝕刻以形成所述FDR，其中，所述FDR的側(cè)壁表面與所述半導(dǎo)體柱的相鄰側(cè)壁表面橫向偏移。

優(yōu)選地，制造BSI圖像傳感器的方法還包括：形成所述FDR作為n型外延層；以及形成所述半導(dǎo)體柱作為n型或p型外延層。

優(yōu)選地，形成所述柵極包括：形成限于所述橫向凹部并加襯里于所述橫向凹部的柵極襯里層；以及形成填充所述橫向凹部的柵極填充層。

優(yōu)選地，制造BSI圖像傳感器的方法還包括：形成寬度小于或等于約0.2微米的所述開口。

優(yōu)選地，制造BSI圖像傳感器的方法還包括：形成橫向環(huán)繞所述光電檢測器的隔離區(qū)域。

優(yōu)選地，制造BSI圖像傳感器的方法還包括：形成位于所述FDR和所述半導(dǎo)體區(qū)域上方的后端制程(BEOL)堆疊件。

優(yōu)選地，制造BSI圖像傳感器的方法還包括：通過所述BEOL堆疊件將所述半導(dǎo)體區(qū)域接合至載體襯底；在所述半導(dǎo)體區(qū)域上方形成與所述載體襯底相對的鈍化層；在所述鈍化層上方形成濾色器；以及在所述濾色器上方形成微透鏡。

優(yōu)選地，制造BSI圖像傳感器的方法還包括：在所述犧牲介電層中執(zhí)行第一蝕刻，以形成暴露所述半導(dǎo)體區(qū)域中的所述光電檢測器的第二開口；在所述第二開口中形成第二半導(dǎo)體柱；在所述第二半導(dǎo)體柱和所述犧牲介電層上方形成第二FDR；在所述犧牲介電層中執(zhí)行第二蝕刻，以在所述第二FDR和所述光電檢測器之間形成第二橫向凹部；形成第二柵極介電層，以加襯里于所述第二橫向凹部中的所述第二半導(dǎo)體柱的側(cè)壁表面；以及形成第二柵極，以填充所述第二橫向凹部并且通過所述第二柵極介電層與所述第二半導(dǎo)體柱橫向隔開。

優(yōu)選地，制造BSI圖像傳感器的方法還包括：形成寬度大于所述開口的寬度的所述第二開口。

在又一些其他實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種BSI圖像傳感器。后端制程(BEOL)堆疊件配置在載體襯底上方。半導(dǎo)體區(qū)域配置在BEOL堆疊件上方并與BEOL堆疊件隔開。半導(dǎo)體區(qū)域包括光電檢測器。一對半導(dǎo)體柱從光電檢測器開始朝向BEOL堆疊件垂直延伸。一對FDR與光電檢測器垂直隔開并且對應(yīng)地鄰接半導(dǎo)體柱，以與光電檢測器相對。FDR的側(cè)壁表面 與對應(yīng)半導(dǎo)體柱的相鄰側(cè)壁表面橫向偏離。一對柵極介電層加襯里于半導(dǎo)體柱的側(cè)壁表面并橫向配置在半導(dǎo)體柱的側(cè)壁表面和FDR之間。一對柵極橫向配置為與柵極介電層相鄰并且垂直位于FDR和光電檢測器之間。

上面論述了多個(gè)實(shí)施例的特征使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，他們可以容易地以本發(fā)明為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)或修改用于執(zhí)行與本文所述實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的其他工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)該意識(shí)到，這些等效結(jié)構(gòu)不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種變化、替換和改變。