CN104425523B - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种图像传感器可以包括：衬底，所述衬底具有分别形成在多个像素上的光电转换区；以及电荷陷阱区，所述电荷陷阱区与各个光电转换区重叠，并且针对每个相应像素而具有不同的深度或厚度。

Description

图像传感器及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年9月2日提交的申请号为10-2013-0104760的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明的示例性实施例涉及半导体器件的制造，具体而言，涉及一种图像传感器及其制造方法。
背景技术
图像传感器是一种用于将光学图像转换成电信号的器件。图像传感器通常被分成电荷耦合器件（CCD）型和CMOS图像传感器（CIS）型。图像传感器具有以2维矩阵的形式布置的多个像素。多个像素中的每个像素输出与入射光相对应的像素信号。像素经由由光电二极管表示的光电转换元件来聚集与入射光相对应的光电荷，并且基于聚集的光电荷来输出像素信号。
暗电流因在图像传感器中设置有光电转换元件的衬底的表面上产生的电荷而引起。暗电流用作像素信号的噪声，且因而恶化图像传感器的特性。
发明内容
本发明的各种示例性实施例涉及一种图像传感器及其制造方法，可以防止图像传感器的特性由于暗电流而恶化。
在本发明的一个示例性实施例中，一种图像传感器可以包括：衬底，包括分别形成在多个像素上的光电转换区；以及电荷陷阱区，与各个光电转换区重叠，并且针对每个相应像素而具有不同的深度和厚度。
在本发明的一个示例性实施例中，一种图像传感器可以包括：衬底，所述衬底包括第一像素和第二像素，所述第一像素适用于响应于第一波长频带的入射光而产生第一像素信号，所述第二像素适用于响应于第二波长频带的入射光而产生第二像素信号；第一光电转换区和第二光电转换区，分别与第一像素和第二像素相对应而形成衬底上；第一电荷陷阱区，其与第一光电转换区重叠；以及第二电荷陷阱区，其与第二光电转换区重叠，其中，第二波长频带的波长比第一波长频带的波长短，并且第二电荷陷阱区的深度或厚度比第一电荷陷阱区的深度或厚度小。
在本发明的一个示例性实施例中，一种制造图像传感器的方法可以包括以下步骤：在具有多个像素的衬底的正面上与相应像素对应地形成光电转换区；通过向衬底的背面离子注入掺杂剂来形成掺杂剂注入区；针对多个像素的每个像素，在衬底的背面上选择性地形成阻挡图案；以及利用激光退火以激活掺杂剂注入区的掺杂剂来形成针对各个像素而彼此具有不同的深度或厚度的电荷陷阱区。
根据本发明的以上实施例，图像传感器可以通过具有与输入至多个像素中的每个像素的入射光相对应的深度的电荷陷阱区来防止暗电流的产生。图像传感器也可以防止图像传感器的敏感性因电荷陷阱区而降低。另外，图像传感器可以防止相邻的像素之间的串扰。
更进一步，激光的反射或透射可以通过利用选择性地形成在多个像素中的每个像素中的阻挡图案来控制，这能够使得具有不同强度的激光同时照射多个相应的像素、针对多个相应的像素容易地形成具有各种深度的电荷陷阱区、因而制造工艺变得更简单且改善制造成品率。
附图说明
图1是说明根据本发明的一个实施例的图像传感器的等效电路图；
图2是说明根据本发明的一个实施例的图像传感器的像素阵列的平面图；
图3是说明典型的图像传感器的沿着图2中所示的线A-A’截取的截面图；
图4A是说明根据本发明的一个实施例的图像传感器的沿着图2中所示的线A-A’截取的截面图；
图4B是说明根据本发明的另一个实施例的图像传感器的沿着图2中所示的线A-A’截取的截面图；
图5A至图5G是说明一种制造根据本发明的一个实施例的图像传感器的方法的截面图；
图6A是说明根据本发明的一个实施例的激光反射相对于阻挡层（氧化物/氮化物）的厚度的曲线图；
图6B是说明根据本发明的一个实施例的在激光退火期间电荷陷阱区的深度相对于激光强度的曲线图；
图7是说明根据本发明的一个实施例的包括像素阵列的图像处理系统的框图；
图8是说明图7中所示的图像传感器的详细框图；以及
图9是说明包括根据本发明的一个实施例的图像传感器的图像处理系统的框图。
具体实施方式
下面将参照附图详细地描述本发明的各种示例性实施例。然而，本发明可以用不同的方式实施，而不应解释为局限于本文所列的实施例。确切地说，提供这些实施例使得本公开充分与完整，并向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在本公开中，相同的附图标记在本发明的不同附图与实施例中表示相似的部分。
附图并非按比例绘制，在某些情况下，为了清楚地示出实施例的特征可能对比例做夸大处理。应当容易理解的是：本公开中的“在…上”和“在…之上”的含义应当采用最广义的方式来解释，使得“在…上”的意思不仅是“直接在某物上”，而是还包括在具有中间特征或中间层的情况下“在某物上”的意思，并且“在…之上”的意思不仅是指在某物的顶部上，还可以包括在具有中间特征或中间层的情况下在某物的顶部上的意思。也应当注意的是，“连接/耦接”不仅表示一个部件直接与另一个部件耦接，还表示一个部件经由中间部件与另一个部件间接耦接。另外，只要未在句子中特意提及，单数形式可以包括复数形式。
图像传感器通常被分成电荷耦合器件（CCD）型和CMOS图像传感器（CIS）型。CIS型图像传感器被分成前照式图像传感器（FIS）和背照式图像传感器（BIS）。相比于其他类型的图像传感器（例如，电荷耦合器件（CCD）或前照式图像传感器（FIS）），背照式图像传感器（BIS）具有好的操作特性和好的制造成品率，但是存在暗电流的频繁感生。以下阐述是关于背照式图像传感器（BIS）的实例的描述。
在描述中，第一导电类型和第二导电类型彼此互补。例如，在第一导电类型是P型时，第二导电类型是N型。在第一导电类型是N型时，第二导电类型P型。以下阐述是以第一导电类型是P型而第二导电类型是N型为例的描述。
本发明的示例性实施例提供了一种图像传感器及其制造方法，可以防止由于暗电流而恶化图像传感器的特性。暗电流用作对像素信号的噪声，且因而改变图像传感器的特性，其中像素信号由包括在具有多个像素的图像传感器中的每个像素产生。例如，信噪比（SNR）被增大，这减小图像传感器的灵敏性。
根据本发明的示例性实施例，图像传感器可以具有电荷陷阱区，所述电荷陷阱区被形成为与多个像素中的每个像素的光电转换区相对应，并且具有与输入至多个像素中的每个像素的入射光的波段相对应的深度。
电荷陷阱区捕获引起暗电流的电荷，因而防止暗电流产生。被形成为与光电转换区相对应的电流陷阱区可以与光电转换区重叠。
电荷陷阱区和光电转换区的重叠可以表示层状设置，这意味着当俯视时电荷陷阱区与光电转换区重叠，同时电荷陷阱区和光电转换区可以以不同的层彼此分开、或者可以彼此接触作为上层和下层。
以下阐述是根据本发明的一个实施例和现有技术的图像传感器的基本操作的描述。
图1是说明根据本发明的一个实施例的图像传感器的等效电路图。
图2是说明根据本发明的一个实施例的图像传感器的像素阵列的平面图。
图3是说明典型的图像传感器的沿着图2中所示的线A-A’截取的截面图。
参见图1，在根据本发明的一个实施例的图像传感器中的多个像素中的每个像素可以包括：用作光电转换区的光电二极管PD、传输晶体管Tx、选择晶体管Sx、复位晶体管Rx以及存取晶体管Ax。
传输晶体管Tx的传输栅可以延伸至衬底的内部。传输晶体管Tx的传输栅可以具有槽栅、鞍形鳍状栅（saddle-fin gate）和掩埋栅中之一的形式。传输晶体管Tx的漏极可以被识别为浮置扩散区（floating diffusion region）FD。浮置扩散区FD可以是复位晶体管Rx的源极。
浮置扩散区FD可以与选择晶体管Sx的选择栅电连接。选择晶体管Sx和复位晶体管Rx可以串联连接。
选择晶体管Sx、复位晶体管Rx以及存取晶体管Ax可以被相邻的像素共享，这改善图像传感器的集成度。
以下参照图1来描述根据本发明的一个实施例的图像传感器的操作。
在入射光不存在的情况下，保留在浮置扩散区FD中的电荷通过将电源电压VDD施加至复位晶体管Rx的漏极和选择晶体管Sx的漏极来发射。此后，随着复位晶体管Rx关断，经由入射光至光电二极管PD的外部照射，在光电二极管PD中产生光电荷或电子-空穴对。
产生的空穴移动至并且聚集在P型掺杂剂区，而产生的电子移动至并且聚集在N型掺杂剂区。在传输晶体管Tx导通时，聚集的电子和空穴的电荷被传送至并且聚集在浮置扩散区FD中。选择晶体管Sx的栅偏置与聚集的电荷成比例地改变，这使得选择晶体管Sx的源极的电压改变。
在存取晶体管Ax导通时，由于电荷引起的像素信号被读取至列线，在此暗电流用作对于像素信号的噪声，由此减小图像传感器的灵敏性并且增大信噪比SNR。
参见图2和图3，典型的图像传感器具有多个像素，例如，红色像素（R）、绿色像素（G）以及蓝色像素（B）。光电转换区130形成在衬底110的与每个像素相对应的区域上。隔离层120形成在衬底110上。包括信号发生电路的层间电介质层140形成在衬底110的正面上。形成在衬底110的背面上的是：电荷陷阱区150、滤色器160以及微透镜170。
典型的图像传感器的电荷陷阱区150通过捕获产生暗电流的电荷来防止暗电流的产生。电荷陷阱区150是在针对衬底110的背面的减薄工艺之后经由对衬底110的背面的掺杂剂注入和退火而形成的掺杂剂区。电荷陷阱区150针对全部的像素共同形成，且因而针对全部的像素在衬底110的背面的水平处具有一致的深度或厚度。
如上所述，典型的图像传感器的电荷陷阱区150被共同形成为针对全部的像素具有一致的深度或厚度，而不考虑每个像素的特性，诸如约束图像传感器防止产生暗电流的入射光的波长。
颜色分开的入射光根据其波段或波长从衬底110的背面不同的深度处被吸收。针对全部的像素具有一致的深度或厚度的电荷陷阱区150对于特定波段或波长的像素会不正确地操作。
例如，在红色像素中，颜色分开的入射光从衬底110的背面较深处被吸收。电荷陷阱区150的深度或厚度可以针对红色像素而增大，但是对于另外的波段或波长会恶化另外的像素的灵敏性。作为一个实例，针对蓝色像素，大部分颜色分开的入射光在衬底110的表面处被吸收。具有增大的深度或厚度的电荷陷阱区150捕获用于产生针对蓝色像素的像素信号的光电荷，由此减小蓝色像素和图像传感器的灵敏性。
下面描述解决了典型的图像传感器的问题的根据本发明的实施例的图像传感器。图4A是说明沿着图2中所示的线A-A’截取的，根据本发明的一个实施例的图像传感器的截面图。
图4B是说明根据本发明的另一个实施例的图像传感器的沿着图2中所示的线A-A’截取的截面图。
参见图4A和图4B，根据本发明的实施例的图像传感器可以包括：衬底210、光电转换区230、隔离层220、层间电介质层240、电荷陷阱区250、缓冲层260、滤色器270以及微透镜280。
衬底210可以具有多个像素。光电转换区230可以形成在衬底210的与每个像素相对应的区域上。隔离层220可以将相邻的像素彼此隔离。层间电介质层240可以形成衬底210的正面上并且包括信号发生电路。电荷陷阱区250可以形成在衬底210的背面上并且针对各个像素具有不同的深度。缓冲层260可以形成在衬底210的背面上。滤色器270可以形成在缓冲层260上。微透镜280可以形成在滤色器270上。
多个像素可以包括第一像素和第二像素，第一像素用于产生与第一波段相对应的像素信号，而第二像素用于产生与第二波段相对应的像素信号，所述第二波段的波长比第一波段的波长短。例如，如果第一像素是红色像素，则第二像素可以是绿色像素或蓝色像素。如果第一像素是绿色像素，则第二像素可以是蓝色像素。因而，多个像素可以包括：红色像素、绿色像素以及蓝色像素。多个像素还包括白色像素、黑色像素以及红外线像素。
衬底210可以包括半导体衬底。半导体衬底可以处于单晶状态，并且包括硅结合材料。衬底210可以包括单晶的硅结合材料。例如，衬底210可以是体硅衬底、或者包括硅外延层的绝缘体上硅（SOI）衬底。衬底210可以用第一导电类型的掺杂剂来掺杂。因而，衬底210可以是第一导电类型。
形成在衬底210的与每个像素相对应的区域上的光电转换区230可以包括光电二极管。光电转换区230可以包括第一导电类型的第一掺杂剂区232和第二导电类型的第二掺杂剂区234。第一掺杂剂区232可以形成在衬底210的正面上。第二掺杂剂区234可以形成在第一掺杂剂区232之下。第一掺杂剂区232和第二掺杂剂区234可以重叠。
第一掺杂剂区232可以被形成为与衬底210的正面接触，并且针对全部的多个像素具有一致的深度或厚度。第一掺杂剂区232可以用作电阻挡层，所述电阻挡层防止由于其工艺引起的衬底210的正面的破坏而导致暗源（例如，电子）注入至第二掺杂剂区234。
第二掺杂剂区234可以如图4A中所示针对全部的多个像素具有一致的深度或厚度，或者如图4B中所示经由电荷陷阱区250具有不同的深度或厚度。在第二掺杂剂区234的深度或厚度针对全部的多个像素一致时，会在第二掺杂剂区234和电荷陷阱区250之间存在距离。在第二掺杂剂区234的深度或厚度针对全部的多个像素变化时，第二掺杂剂区234和电荷陷阱区250可以彼此接触。
层间电介质层240可以包括选自氧化物材料、氮化物材料以及氮氧化物材料中的一种或多种。形成在层间电介质层240中的信号发生电路可以包括：多个晶体管（未示出）、多层的金属互连（未示出）、以及用于连接多个晶体管和多层的金属互连的接触插塞（未示出）。
信号发生电路可以产生或输出与从光电转换区230产生的光电荷相对应的像素信号或者电信号。多个晶体管可以包括：传输晶体管Tx、复位晶体管Rx、选择晶体管Sx以及存取晶体管Ax。
形成在衬底210的背面上的缓冲层260可以在工艺期间保护衬底210的背面。缓冲层260可以消除在减薄工艺期间形成在衬底210的背面处的缺陷。在用于形成电荷陷阱区250的激光退火期间，缓冲层260可以控制辐射至衬底210的激光的强度。缓冲层260可以是电介质层。缓冲层260可以是选自氧化物材料、氮化物材料以及氮氧化物材料中的一种。例如，缓冲层260可以是可以经由热氧化形成的氧化物层。
用于捕获产生暗电流的电荷的电荷陷阱区250可以被形成为接触衬底210的背面。电荷陷阱区250和光电转换区230可以彼此垂直接触。电荷陷阱区250的深度或厚度可以依赖于入射光的波长，这样通过考虑吸收入射光的深度来防止暗电流的产生，并且防止由电荷陷阱区250引起的图像传感器的恶化。
电荷陷阱区250的深度或厚度可以与入射光的波长成正比。例如，形成在红色像素上的第一电荷陷阱区252的深度或厚度可以大于分别形成在绿色像素和蓝色像素上的第二电荷陷阱区254和第三电荷陷阱区256的深度或厚度。第二电荷陷阱区254的深度或厚度可以比第三电荷陷阱区256的深度或厚度大。
具体地，第一电荷陷阱区252可以在衬底210的背面的水平处具有从0.6μm至1μm范围的深度或厚度。第二电荷陷阱区254可以在衬底210的背面的水平处具有从0.3μm至0.6μm的深度或厚度。第三电荷陷阱区256可以在衬底210的背面的水平处具有从0.1μm至0.3μm的深度或厚度。
电荷陷阱区250可以是第一导电类型。电荷陷阱区250可以经由第一导电类型的掺杂剂的离子注入来形成。电荷陷阱区250的掺杂浓度可以比衬底210的大。电荷陷阱区250可以具有恒定的掺杂浓度，而与在衬底210的背面的水平处的深度或厚度无关。电荷陷阱区250的掺杂浓度可以沿着入射光的传播方向从衬底210的背面至正面减小。后者比前者可以更有利于改善图像传感器的灵敏性。
根据本发明的实施例，图像传感器可以具有其深度或厚度与输入至各个像素的入射光相对应的电荷陷阱区250，这样可以防止暗电流的产生、由于电荷陷阱区250引起的灵敏性的恶化、以及在相邻的像素之间的串扰。
图5A至图5G是说明一种制造根据本发明的一个实施例的图像传感器的方法的截面图。
以下阐述是参照图5A至图5G针对图4A中所示的图像传感器的制造方法的一个实施例的描述。
参见图5A，可以制备具有逻辑区和像素阵列区的衬底11。像素阵列区可以包括以2维矩阵布置的多个像素。
多个像素可以包括第一像素和第二像素，所述第一像素用于产生与第一波段相对应的像素信号，而第二像素用于产生与第二波段相对应的像素信号，第二波段的波长比第一波段的波长短。例如，如果第一像素是红色像素，则第二像素可以是绿色像素或蓝色像素。如果第一像素是绿色像素，则第二像素可以是蓝色像素。因而，多个像素可以包括：红色像素、绿色像素以及蓝色像素。多个像素还可以包括白色像素、黑色像素以及红外线像素。
衬底11可以包括半导体衬底。半导体衬底可以处于单晶状态，并且包括硅结合材料。衬底11可以包括单晶的硅结合材料。衬底11可以用第一导电类型的掺杂剂来掺杂。因而，衬底11可以是第一导电类型。
接着，隔离层12沿着多个像素之间的边界形成在衬底11上。隔离层12可以通过形成隔离沟槽并且用电介质材料间隙填充沟槽的浅沟槽隔离（STI）工艺来形成。
然后，光电转换区13形成在衬底11上以与每个像素相对应。光电转换区13可以用光电二极管来形成。
光电转换区13可以被形成使得第一掺杂剂区13A和第二掺杂剂区13B可以重叠。光电转换区13可以经由离子注入掺杂剂至衬底11的正面和激活离子注入的掺杂剂来形成。
参见图5B，包括信号发生电路的层间电介质层16形成在像素阵列区的衬底11的正面上。层间电介质层16可以包括选自氧化物材料、氮化物材料以及氮氧化物材料中的一种或多种。形成在层间电介质层16中的信号发生电路可以包括多个晶体管（未示出）、多层的金属互连（未示出）、以及用于连接多个晶体管和多层的金属互连的接触插塞（未示出）。
信号发生电路可以产生或输出与从光电转换区13中产生的光电荷相对应的像素信号或者电信号。层间电介质层16可以包括形成在逻辑区的衬底11的正面上的逻辑电路。
参见图5C，衬底11的厚度经由对衬底11的背面的减薄工艺来减小，使得输入至光电转换区13的入射光的范围减小，且因而改善光拦截效率。减薄工艺可以经由背面研磨或抛光来执行。
接着，掺杂剂注入区17经由第一导电类型的掺杂剂离子注入至衬底11的背面来形成在衬底11的背面的表面上。掺杂剂注入区17可以形成在附图中所示的像素阵列区的衬底11的背面上、或形成在者包括像素阵列区和逻辑区的衬底11的整个背面上。掺杂剂注入区具有掺杂剂被注入至衬底11但是未被激活的状态。第一导电类型的掺杂剂可以是硼。
参见图5D，缓冲层18可以形成在衬底11的背面上。缓冲层18可以在减薄工艺期间消除形成在衬底11的背面处的缺陷。缓冲层18可以被形成为在整个衬底11之上具有一致的深度或厚度。缓冲层18可以修复由减薄工艺和形成掺杂剂注入区17的工艺或离子注入工艺引起的对衬底11的背面的破坏。缓冲层18可以在随后的工艺期间保护衬底11的背面。缓冲层18可以是电介质层。
缓冲层18可以是选自氧化物材料、氮化钨材料以及氮氧化物材料中的一种。例如，缓冲层18可以经由热氧化用氧化物层形成。氧化物层可以用氧化硅（SiO2）形成。
接着，阻挡层19形成在缓冲层18上。阻挡层19可以被形成为在整个衬底11之上具有一致的深度或厚度。在随后的用于将注入至掺杂剂注入区17的掺杂剂激活的激光退火期间，阻挡层19可以控制辐射至衬底11的背面的激光的强度。缓冲层18也可以控制激光的强度。
阻挡层19可以是电介质层。阻挡层19可以是选自氧化物材料、氮化物材料、以及氮氧化物材料中的一种。例如，阻挡层19可以用氮化物层来形成。氮化物层可以用氮化硅（Si3N4）形成。
参见图5E，多个阻挡图案19A经由选择性地刻蚀阻挡层19来形成，使得在随后的激光退火中激光以各个像素所需的强度辐射至衬底11。由于激光随着缓冲层18和多个阻挡图案19A的层叠结构中多个阻挡图案19A的各种深度或厚度而具有各种反射或透射，所以多个阻挡图案19A针对各个像素被选择性地形成在衬底11的背面上。
例如，氧化硅（SiO2）的缓冲层18针对全部的多个像素具有48nm的一致的深度或厚度，并且多个氮化硅（Si3N4）的阻挡图案19A针对各个像素具有从0nm至36nm的各种深度或厚度。与红色像素相对应的阻挡图案19A在多个阻挡图案之中具有最小的深度或厚度。与蓝色像素相对应的阻挡图案19A在多个阻挡图案之中具有最大的深度或厚度。与绿色像素相对应的阻挡图案19A的深度或厚度介于与红色像素相对应的阻挡图案的深度或厚度和与蓝色像素相对应的阻挡图案的深度或厚度之间。
与绿色像素相对应的阻挡图案19A的深度或厚度小于与蓝色像素相对应的阻挡图案19A的深度或厚度。可以不形成与红色像素相对应的阻挡图案19A。
激光的反射或透射随着多个阻挡图案19A的深度或厚度的不同而像波一样波动。激光的反射或透射可以随着多个阻挡图案19A的材料类型或层叠结构的不同而改变。本发明可以采用不同的形式来实施，而不应解释为限制于本文所列的实施例。
例如，氧化硅（SiO2）的缓冲层18针对全部的多个像素具有48nm的一致的深度或厚度，并且多个氮化硅（Si3N4）的阻挡图案19A针对各个像素具有从36nm至70nm的各种深度或厚度。与红色像素相对应的阻挡图案19A在多个阻挡图案之中具有最大的深度或厚度。与蓝色像素相对应的阻挡图案19A在多个阻挡图案之中具有最小的深度或厚度。与绿色像素相对应的阻挡图案19A具有在与红素像素相对应的阻挡图案的深度或厚度和与蓝色像素相对应的阻挡图案的深度或厚度之间的深度或厚度。
参见图5F，执行激光退火工艺，将激光辐射至层叠有缓冲层18和多个阻挡图案19A的衬底11的背面，并且将注入至掺杂剂注入区17的掺杂剂激活，可以形成电荷陷阱区20。
穿透缓冲层18和多个阻挡图案19A、并且辐射至衬底11的背面的激光的强度可以根据多个阻挡图案19A的深度或厚度来控制。
通过激光激活的掺杂剂区或者电荷陷阱区20的深度或厚度可以随着激光的强度或能量增大而增大。针对各个像素而具有不同深度或厚度的电荷陷阱区20可以用多个阻挡图案19A经由激光退火工艺来形成，所述多个阻挡图案19A针对各个像素而被选择性地形成或者具有各种深度或厚度。
激光退火用作用于形成电荷陷阱区20的退火工艺，以将衬底11的破坏的背面的结晶状态恢复成单晶状态、并且在退火工艺期间防止形成的结构的破坏。
参见图5G，在去除多个阻挡图案19A之后，滤色器21形成在缓冲层18上，而微透镜22形成在滤色器21上。
完成图像传感器的制造的随后的工艺是已知的技术。
用于允许激光用针对各个像素的各种强度来辐射的多个阻挡图案19A的结构和制造方法可以通过不同于以上实施例的各种实施例来实施。
例如，可以通过形成层叠多个阻挡层的叠层、然后选择性地刻蚀多个阻挡层中的一个或多个来形成多个阻挡图案19A。多个阻挡层可以是异质材料层（heterogeneousmaterial layers）交替层叠的叠层、或者彼此不同的各种材料层层叠的叠层。
根据本发明的实施例，图像传感器可以具有其深度或厚度与输入至各个像素的入射光相对应的电荷陷阱区20，这样可以防止暗电流的产生、由于电荷陷阱区20的灵敏性的恶化、以及相邻的像素之间的串扰。
根据本发明的实施例，可以通过调整阻挡层的深度或厚度来控制激光的反射或透射，这能够使得具有各种强度的激光同时照射相应的像素、并且针对各个像素容易形成具有各种深度的电荷陷阱区。与多重离子注入工艺相比，根据本发明的实施例的制造方法可以减少用于形成具有各种深度的电荷陷阱区20的工艺，且因而有利地影响制造成品率。
图6A是说明根据本发明的一个实施例的激光反射相对于阻挡层（氧化物/氮化物）的厚度的曲线图。
参见图6A，可以看出激光照射至叠层（其中氧化硅（SiO2）或缓冲层18与氮化硅（Si3N4）或者阻挡层19A顺序层叠）的反射在氧化硅的深度固定时随着氮化硅的深度的增大而规律波动，这意味着穿过叠层的激光的强度可以通过调整叠层的氮化硅和/或氧化硅的深度或厚度来控制。
即使激光用相同的强度辐射至叠层，穿过叠层的激光的强度也依赖于叠层的深度或厚度。因此，根据本发明的实施例，可以利用选择性形成的阻挡图案或者其厚度根据相应像素的特性而调整的阻挡图案使用激光退火工艺一次来容易地形成具有各种深度或厚度的电荷陷阱区。
图6B是说明根据本发明的一个实施例的在激光退火期间电荷陷阱区的深度相对于激光强度的曲线图。
参见图6B，示出通过激光退火激活的掺杂剂区域的深度、或者电荷陷阱区的深度通过激光的强度来控制。随着激光强度增大，电荷陷阱区的深度增大。
图7是说明根据本发明的一个实施例的包括像素阵列的图像处理系统的框图。
参见图7，图像处理系统1000可以包括：图像传感器1100、数字信号处理器（DSP）1200、显示单元1300以及透镜模块1500。
图像传感器1100可以包括：像素阵列1110、行驱动器1120、相关双采样（correlated double sampling，CDS）块1130、模数转换器（ADC）1140、斜坡信号发生器1160、时序发生器1170、控制寄存器1180以及缓冲器1190。
图像传感器1100可以在数字信号处理器（DSP）1200的控制下检测由透镜模块1500拍摄的对象1400的光学图像。数字信号处理器（DSP）1200可以将由图像传感器1100检测和输出的图像输出至显示单元1300。显示单元1300可以代表能显示从数字信号处理器（DSP）1200输出的图像的器件。例如，显示单元1300可以是计算机的终端、移动通信装置以及其他的图像显示装置。
数字信号处理器（DSP）1200可以包括：照相机控制器1201、图像信号处理器（ISP）1203以及接口（I/F）1205。
照相机控制器1201可以控制控制寄存器1180的操作。照相机控制器1201可以通过利用内置集成电路I2C（不限制本发明的范围）控制图像传感器1100或者控制寄存器1180的操作。
图像信号处理器（ISP）1203可以接收图像或图像数据、处理接收的图像并且将处理的图像经由接口（I/F）1205输出至显示单元1300。
例如，图7示出图像信号处理器（ISP）1203被包括在数字信号处理器（DSP）1200中。图像信号处理器（ISP）1203可以根据系统设计而被设置在图像传感器1100中。图像传感器1100和图像信号处理器（ISP）1203可以被一起放在封装体中，例如，作为多芯片封装体（MCP）。
像素阵列1110可以包括根据本发明的一个实施例的像素阵列。像素阵列1110中的多个像素中的每个可以包括光电转换区和电荷陷阱区，该电荷陷阱区与光电转换区重叠并且具有与输入至其的入射光的波段相对应的深度。根据本发明的实施例，图像处理系统可以防止暗电流的产生和由于电荷陷阱区引起的敏感性的恶化，可以改善图像传感器的操作性能。
图8是说明图7中所示的图像传感器的详细框图。
参见图7和图8，时序发生器1170可以产生用于控制行驱动器1120、相关双采样（CDS）块1130、模数转换器（ADC）1140以及斜坡信号发生器1160中的每个的一种或多种控制信号。控制寄存器1180可以产生用于控制斜坡信号发生器1160、时序发生器1170以及缓冲器1190的一种或多种控制信号。控制寄存器1180可以通过照相机控制器1201来控制。
行驱动器1120可以以行为单位来驱动像素阵列。例如，行驱动器1120可以产生用于选择多个行中的一个行的选择信号。多个行中的每个可以包括多个像素。为了清楚描述，图8示出多个像素的简化设置。多个像素可以包括如上所述的像素阵列。
多个像素可以检测照射的入射光，并且将图像复位信号和图像信号输出至相关双采样（CDS）块1130。根据本发明的实施例的像素阵列可以防止暗电流的产生和由于电荷陷阱区引起的灵敏性的恶化，可以高质量地产生像素信号或图像复位信号和图像信号。相关双采样（CDS）块1130可以对接收的图像复位信号和图像信号中的每种执行相关双采样。
模数转换器（ADC）1140可以比较从斜坡信号发生器1160输出的斜坡信号与从相关双采样（CDS）块1130输出的相关双采样信号，以输出比较结果信号，对比较结果信号的转换时间计数以及将计数值输出至缓冲器1190。
模数转换器（ADC）1140可以包括比较块1145和计数器块1150。比较块1145可以包括多个比较器1149。多个比较器1149中的每个可以与相关双采样（CDS）块1130和斜坡信号发生器1160连接。来自相关双采样（CDS）块1130中的多个输出信号可以被输入至相应的比较器1149的第一端子，例如负端子，并且来自斜坡信号发生器1160中的斜坡信号可以被输入至每个比较器1149的第二端子，例如正端子。
多个比较器1149可以接收并且比较来自相关双采样（CDS）块1130的各个输出信号与来自斜坡信号发生器1160的斜坡信号，并且分别输出比较结果信号。例如，从第一比较器1149（用于比较多个像素中的一个像素的输出信号与来自斜坡信号发生器1160的斜坡信号）输出的比较结果信号可以与图像信号和图像复位信号之间的差相对应，图像复位信号根据从外部输入的入射光的照射而变化。
斜坡信号发生器1160可以在时序发生器1170的控制下操作。
计数器块1150可以包括多个计数器1151。多个计数器1151可以与多个比较器1149中的各个输出端子连接。计数器块1150可以利用从时序发生器1170中输出的时钟信号CNT_CLK来对比较结果信号的转换时间计数，并且将数字信号或计数值输出至缓冲器1190。计数器块1150可以输出多个数字图像信号。每个计数器1151可以是递增/递减计数器或者按位反转计数器。
缓冲器1190可以存储、感测、放大以及输出从模数转换器（ADC）1140中输出的多个数字图像信号。缓冲器1190可以包括存储器块1191和感测放大器1192。存储器块1191可以包括存储从多个计数器1151中输出的各个计数值的多个存储器1193。例如，计数值可以表示相对于从多个像素中输出的信号的计数值。
感测放大器1192可以感测并放大从存储器块1191中输出的每个计数值。图像传感器1100可以将图像数据输出至数字信号处理器（DSP）1200。
图9是说明包括根据本发明的一个实施例的图像传感器的图像处理器系统的框图。
参见图9，图像处理器系统2000可以是利用或支持移动行业处理器接口（MIPI）的数据处理装置，诸如移动通信装置，例如个人数字助理（PDA）、移动电话或智能电话。图像处理系统2000可以是诸如平板电脑的便携式装置。
图像处理系统2000可以包括：应用处理器2010、图像传感器2040以及显示器2050。
在应用处理器2010中的照相机串行接口（CSI）主机2012可以经由照相机串行接口（CSI）与图像传感器2040的CSI器件2041执行串行通信。图像传感器2040可以包括根据本发明的一个实施例的图像传感器。显示器串行接口（DSI）主机2011可以经由显示器串行接口（DSI）与显示器2050的DSI器件2051执行串行通信。
图像处理系统2000还可以包括能与应用处理器2010执行通信的射频（RF）芯片2060。应用处理器2010的物理层（PHY）2013和射频（RF）芯片2060的物理层（PHY）2061可以根据移动行业处理器接口（MIPI）数字射频（DigRF）来交换数据。
图像处理器系统2000还可以包括：地理定位系统（GPS）2020、数字储存器件2070、诸如动态随机存取存储器（DRAM）的存储器2085、以及扬声器2090。图像处理系统2000可以经由针对微波存取（Wimax）单元2030、无线局域网（WLAN）单元2100以及超宽带（UWB）单元2160的全球互通来执行通信。
尽管已经出于说明的目的描述了各种实施例，但是对本领域技术人员显然的是，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种变化和修改。
通过以上实施例可以看出，本申请提供了以下的技术方案。
技术方案1.一种图像传感器，包括：
衬底，所述衬底具有分别形成在多个像素上的光电转换区；以及
电荷陷阱区，所述电荷陷阱区与各个光电转换区重叠，并且针对每个相应像素而具有不同的深度或厚度。
技术方案2.如技术方案1所述的图像传感器，其中，针对经由所述电荷陷阱区的所述像素而输入的较长波长的入射光，所述电荷陷阱区的深度或厚度增大。
技术方案3.如技术方案1所述的图像传感器，其中，所述光电转换区的每个包括：
第一导电类型的第一掺杂区；以及
第二导电类型的第二掺杂区，所述第二导电类型与所述第一导电类型互补，以及
其中，与所述光电转换区相对应的所述电荷陷阱区包括所述第一导电类型的掺杂剂区。
技术方案4.如技术方案3所述的图像传感器，其中，所述电荷陷阱区具有与深度无关的恒定的掺杂浓度，或者具有与所述深度成反比地减小的掺杂浓度。
技术方案5.如技术方案3所述的图像传感器，其中，所述第一掺杂剂区形成在所述衬底的正面的表面上，所述第二掺杂剂区被形成为与所述第一掺杂剂区接触，以及所述电荷陷阱区形成在所述衬底的背面的表面上，并且所述第一掺杂剂区、所述第二掺杂剂区以及所述电荷陷阱区彼此重叠且顺序层叠。
技术方案6.如技术方案5所述的图像传感器，其中，在所述多个像素上的所述第一掺杂剂区具有一致的深度或厚度。
技术方案7.如技术方案5所述的图像传感器，其中，所述第二掺杂剂区与所述电荷陷阱区以设定的距离设置，所述第二掺杂剂区具有一致的深度或厚度，而所述电荷陷阱区针对每个像素具有不同的深度或厚度。
技术方案8.如技术方案5所述的图像传感器，其中，所述第二掺杂剂区和所述电荷陷阱区彼此接触，所述第二掺杂剂区和所述电荷陷阱区针对每个像素具有不同的深度或厚度，以及
所述第二掺杂剂区的深度或厚度与所述电荷陷阱区的深度或厚度成反比。
技术方案9.如技术方案1所述的图像传感器，还包括：
阻挡层，所述阻挡层形成在所述衬底上，并且与所述电荷陷阱区接触；
滤色器，所述滤色器形成在所述阻挡层上；以及
微透镜，所述微透镜形成在所述滤色器上。
技术方案10.一种图像传感器，包括：
衬底，所述衬底具有第一像素和第二像素，所述第一像素适用于响应于第一波长频带的入射光而产生第一像素信号，而所述第二像素适用于响应于第二波长频带的入射光而产生第二像素信号；
第一光电转换区和第二光电转换区，所述第一光电转换区和所述第二光电转换区分别与所述第一像素和所述第二像素相对应而形成在所述衬底上；
第一电荷陷阱区，所述第一电荷陷阱区与所述第一光电转换区重叠；以及
第二电荷陷阱区，所述第二电荷陷阱区与所述第二光电转换区重叠，
其中，所述第二波长频段的波长比所述第一波长频段的波长短，所述第二电荷陷阱区的深度或厚度比所述第一电荷陷阱区的深度或厚度小。
技术方案11.如技术方案10所述的图像传感器，其中，所述第一像素包括红色像素，而所述第二像素包括绿色像素或蓝色像素。
技术方案12.如技术方案10所述的图像传感器，其中，所述第一像素包括绿色像素，而所述第二像素包括蓝色像素。
技术方案13.如技术方案10所述的图像传感器，其中，所述光电转换区中的每个包括：
第一导电类型的第一掺杂剂区，所述第一掺杂剂区形成在所述衬底的正面的表面上；以及
第二导电类型的第二掺杂剂区，所述第二掺杂剂区被形成为与所述第一掺杂剂区接触，所述第二导电类型与所述第一导电类型互补，以及
其中，所述第一电荷陷阱区和所述第二电荷陷阱区中的每个包括所述第一导电类型的掺杂剂区，并且形成在所述衬底的背面的表面处，以及
其中，所述第一掺杂剂区、所述第二掺杂剂区、以及所述第一电荷陷阱区或所述第二电荷陷阱区彼此重叠且顺序层叠。
技术方案14.如技术方案13所述的图像传感器，其中，所述第二掺杂剂区与所述第一电荷陷阱区或第二电荷陷阱区以设定的距离设置，并且所述第二掺杂剂区具有一致的深度或厚度，而所述第一电荷陷阱区和所述第二电荷陷阱区具有彼此不同的深度或厚度。
技术方案15.如技术方案13所述的图像传感器，其中，所述第二掺杂剂区与所述第一电荷陷阱区或第二电荷陷阱区彼此接触，所述第二掺杂剂区、所述第一电荷陷阱区以及所述第二电荷陷阱区具有彼此不同的深度或厚度，以及所述第二掺杂剂区的深度或厚度与所述第一电荷陷阱区或第二电荷陷阱区的深度或厚度成反比。
技术方案16.一种制造图像传感器的方法，所述方法包括以下步骤：
在具有多个像素的衬底的正面上与相应像素对应地形成光电转换区；
通过向所述衬底的背面离子注入掺杂剂来形成掺杂剂注入区；
针对所述多个像素中的每个像素而在所述衬底的背面上选择性地形成阻挡图案；以及
经由用于激活所述掺杂剂注入区的所述掺杂剂的激光退火，来形成针对所述各个像素而彼此具有不同的深度或厚度的电荷陷阱区。
技术方案17.如技术方案16所述的方法，其中，在形成所述电荷陷阱区的步骤中，针对经由所述电荷陷阱区的所述像素而输入的较长波长的入射光，所述电荷陷阱区的深度或厚度增大。
技术方案18.如技术方案16所述的方法，其中，选择性地形成所述阻挡图案的步骤包括以下步骤：
在所述衬底的背面上形成阻挡层；以及
通过选择性刻蚀所述阻挡层来形成所述阻挡图案。
技术方案19.如技术方案18所述的方法，其中，所述多个像素包括：
第一像素，所述第一像素适用于响应于第一波长频带的入射光而产生第一像素信号；以及
第二像素，所述第二像素适用于响应于第二波长频带的入射光而产生第二像素信号，
其中，所述第二波长频带的波长比所述第一波长频带的波长短，以及通过选择性刻蚀所述阻挡层来形成所述阻挡图案的步骤包括：形成与所述第一像素相对应的第一厚度的阻挡图案和与所述第二像素相对应的第二厚度的阻挡图案，所述第二厚度大于所述第一厚度。
技术方案20.如技术方案18所述的方法，其中，所述多个像素包括：
第一像素，所述第一像素适用于响应于第一波长频带的入射光而产生第一像素信号，以及
第二像素，所述第二像素适用于响应于第二波长频带的入射光而产生第二像素信号，
其中，第二波长频带的波长比所述第一波长频带的波长短，并且通过选择性刻蚀所述阻挡层来形成所述阻挡图案的步骤包括：通过去除与所述第一像素相对应的所述阻挡层来形成与所述第二像素相对应的所述阻挡图案。

Claims (19)

1.一种图像传感器，包括：
衬底，所述衬底具有分别形成在多个像素上的光电转换区；
电荷陷阱区，所述电荷陷阱区与各个光电转换区重叠，并且针对每个相应像素而具有不同的深度或厚度；以及
滤色器，所述滤色器形成在所述电荷陷阱区上，
其中，所述光电转换区的每个包括：
第一导电类型的第一掺杂剂区；以及
第二导电类型的第二掺杂剂区，所述第二导电类型与所述第一导电类型互补，
其中，与所述光电转换区相对应的所述电荷陷阱区包括所述第一导电类型的掺杂剂区，以及
其中，所述电荷陷阱区形成在所述滤色器与所述光电转换区之间。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中，针对经由所述电荷陷阱区的所述像素而输入的较长波长的入射光，所述电荷陷阱区的深度或厚度增大。
3.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述电荷陷阱区具有与深度无关的恒定的掺杂浓度，或者具有与所述深度成反比地减小的掺杂浓度。
4.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一掺杂剂区形成在所述衬底的正面的表面上，所述第二掺杂剂区被形成为与所述第一掺杂剂区接触，以及所述电荷陷阱区形成在所述衬底的背面的表面上，并且所述第一掺杂剂区、所述第二掺杂剂区以及所述电荷陷阱区彼此重叠且顺序层叠。
5.如权利要求4所述的图像传感器，其中，在所述多个像素上的所述第一掺杂剂区具有一致的深度或厚度。
6.如权利要求4所述的图像传感器，其中，所述第二掺杂剂区与所述电荷陷阱区以设定的距离设置，所述第二掺杂剂区具有一致的深度或厚度，而所述电荷陷阱区针对每个像素具有不同的深度或厚度。
7.如权利要求4所述的图像传感器，其中，所述第二掺杂剂区和所述电荷陷阱区彼此接触，所述第二掺杂剂区和所述电荷陷阱区针对每个像素具有不同的深度或厚度，以及
所述第二掺杂剂区的深度或厚度与所述电荷陷阱区的深度或厚度成反比。
8.如权利要求1所述的图像传感器，还包括：
阻挡层，所述阻挡层形成在所述衬底上，并且与所述电荷陷阱区接触；所述滤色器，所述滤色器形成在所述阻挡层上；以及
微透镜，所述微透镜形成在所述滤色器上。
9.一种图像传感器，包括：
衬底，所述衬底具有第一像素和第二像素，所述第一像素适用于响应于第一波长频带的入射光而产生第一像素信号，而所述第二像素适用于响应于第二波长频带的入射光而产生第二像素信号；
第一光电转换区和第二光电转换区，所述第一光电转换区和所述第二光电转换区分别与所述第一像素和所述第二像素相对应而形成在所述衬底上；
第一电荷陷阱区，所述第一电荷陷阱区与所述第一光电转换区重叠；
第二电荷陷阱区，所述第二电荷陷阱区与所述第二光电转换区重叠；以及
第一滤色器和第二滤色器，所述第一滤色器和所述第二滤色器分别形成在所述第一电荷陷阱区和所述第二电荷陷阱区上，
其中，所述第二波长频带的波长比所述第一波长频带的波长短，所述第二电荷陷阱区的深度或厚度比所述第一电荷陷阱区的深度或厚度小，
其中，所述第一电荷陷阱区和所述第二电荷陷阱区形成在所述第一滤色器和所述第二滤色器与所述第一光电转换区和所述第二光电转换区之间。
10.如权利要求9所述的图像传感器，其中，所述第一像素包括红色像素，而所述第二像素包括绿色像素或蓝色像素。
11.如权利要求9所述的图像传感器，其中，所述第一像素包括绿色像素，而所述第二像素包括蓝色像素。
12.如权利要求9所述的图像传感器，其中，所述光电转换区中的每个包括：
第一导电类型的第一掺杂剂区，所述第一掺杂剂区形成在所述衬底的正面的表面上；以及
第二导电类型的第二掺杂剂区，所述第二掺杂剂区被形成为与所述第一掺杂剂区接触，所述第二导电类型与所述第一导电类型互补，以及
其中，所述第一电荷陷阱区和所述第二电荷陷阱区中的每个包括所述第一导电类型的掺杂剂区，并且形成在所述衬底的背面的表面处，以及
其中，所述第一掺杂剂区、所述第二掺杂剂区、以及所述第一电荷陷阱区或所述第二电荷陷阱区彼此重叠且顺序层叠。
13.如权利要求12所述的图像传感器，其中，所述第二掺杂剂区与所述第一电荷陷阱区或第二电荷陷阱区以设定的距离设置，并且所述第二掺杂剂区具有一致的深度或厚度，而所述第一电荷陷阱区和所述第二电荷陷阱区具有彼此不同的深度或厚度。
14.如权利要求12所述的图像传感器，其中，所述第二掺杂剂区与所述第一电荷陷阱区或第二电荷陷阱区彼此接触，所述第二掺杂剂区、所述第一电荷陷阱区以及所述第二电荷陷阱区具有彼此不同的深度或厚度，以及所述第二掺杂剂区的深度或厚度与所述第一电荷陷阱区或第二电荷陷阱区的深度或厚度成反比。
15.一种制造图像传感器的方法，所述方法包括以下步骤：
在具有多个像素的衬底的正面上与相应像素对应地形成光电转换区；
通过向所述衬底的背面离子注入掺杂剂来形成掺杂剂注入区；
针对所述多个像素中的每个像素而在所述衬底的背面上选择性地形成阻挡图案；以及
经由用于激活所述掺杂剂注入区的所述掺杂剂的激光退火，来形成针对各个像素而彼此具有不同的深度或厚度的电荷陷阱区。
16.如权利要求15所述的方法，其中，在形成所述电荷陷阱区的步骤中，针对经由所述电荷陷阱区的所述像素而输入的较长波长的入射光，所述电荷陷阱区的深度或厚度增大。
17.如权利要求15所述的方法，其中，选择性地形成所述阻挡图案的步骤包括以下步骤：
在所述衬底的背面上形成阻挡层；以及
通过选择性刻蚀所述阻挡层来形成所述阻挡图案。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述多个像素包括：
第一像素，所述第一像素适用于响应于第一波长频带的入射光而产生第一像素信号；以及
第二像素，所述第二像素适用于响应于第二波长频带的入射光而产生第二像素信号，
其中，所述第二波长频带的波长比所述第一波长频带的波长短，以及通过选择性刻蚀所述阻挡层来形成所述阻挡图案的步骤包括：形成与所述第一像素相对应的第一厚度的阻挡图案和与所述第二像素相对应的第二厚度的阻挡图案，所述第二厚度大于所述第一厚度。
19.如权利要求17所述的方法，其中，所述多个像素包括：
第一像素，所述第一像素适用于响应于第一波长频带的入射光而产生第一像素信号，以及
第二像素，所述第二像素适用于响应于第二波长频带的入射光而产生第二像素信号，
其中，第二波长频带的波长比所述第一波长频带的波长短，并且通过选择性刻蚀所述阻挡层来形成所述阻挡图案的步骤包括：通过去除与所述第一像素相对应的所述阻挡层来形成与所述第二像素相对应的所述阻挡图案。
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