CN104659042A - 形成具有外延隔离部件的图像传感器器件的结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了形成具有外延隔离部件的图像传感器器件的结构。提供了形成图像传感器器件的结构的实施例。图像传感器器件包括具有正面和背面的衬底。图像传感器还包括形成在衬底中的辐射感测区域。辐射感测区域可用于感测通过背面进入衬底的入射光。辐射感测区域进一步包括形成在衬底中并且邻近于辐射感测区域的外延隔离部件。辐射感测区域和外延隔离部件具有不同的掺杂极性。
Description
技术领域
本发明一般地涉及半导体技术领域，更具体地，涉及图像传感器器件及其制造方法。
背景技术
图像传感器器件是诸如数码静态相机和摄像机的数字成像系统的构件之一。图像传感器器件包括用于检测光并且记录所检测到的光的强度(亮度)的像素阵列(或栅格)。像素阵列响应于光积累电荷，例如，光越强，电荷越多。然后，使用(例如，通过其他电路)积累的电荷以提供色彩和亮度信号，以在诸如数码相机的合适的应用中使用。一种图像传感器为背照式(BSI)图像传感器器件。BSI图像传感器器件用于感测朝向衬底(其支持BSI图像传感器器件的图像传感器电路)的背面所投射的光量。像素栅格位于衬底的正面，并且衬底足够薄，使得朝向衬底背面所投射的光可以到达像素栅格。与前照式(FSI)图像传感器器件相比，BSI图像传感器器件减小了相消干涉。
集成电路(IC)技术正不断发展。这种发展主要包括减小器件几何尺寸以获得更低的制造成本、更高的器件集成度、更高的速度以及更好的性能。随同因减小几何尺寸所实现的有益效果，是直接对IC器件的改进。一种这样的IC器件为图像传感器器件。
由于器件尺寸的缩小，不断地改进BSI技术以进一步提高BSI图像传感器器件的质量。虽然现有的BSI图像传感器器件和制造BSI图像传感器器件的方法通常能够满足它们预期的目的，但是随着器件尺寸的不断缩小，它们并非在所有方面都是完全符合要求。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种图像传感器器件，包括：衬底，具有正面和背面；辐射感测区域，形成在所述衬底中，其中，所述辐射感测区域可用于感测通过所述背面进入所述衬底的入射光；以及外延隔离部件，形成在所述衬底中并且邻近于所述辐射感测区域，所述辐射感测区域和所述外延隔离部件具有不同的掺杂极性。
在该图像传感器器件中，所述外延隔离部件与所述辐射感测区域形成P-N结。
在该图像传感器器件中，所述外延隔离部件包括Ge、Si、GaAs、AlGaAs、SiGe、GaAsP或它们的组合。
在该图像传感器器件中，所述外延隔离部件的掺杂浓度介于约1E17/cm3至约1E18/cm3之间。
在该图像传感器器件中，所述外延隔离部件具有阶梯式掺杂浓度。
在该图像传感器器件中，所述外延隔离部件的掺杂浓度朝向所述衬底的正面增加。
在该图像传感器器件中，所述衬底与所述辐射感测区域具有相同的掺杂极性。
在该图像传感器器件中，所述衬底的掺杂浓度小于所述辐射感测区域的掺杂浓度。
在该图像传感器器件中，所述外延隔离部件的深度大于所述辐射感测区域的深度。
根据本发明的另一方面，提供了一种图像传感器器件，包括：衬底，具有正面和背面，其中，所述衬底具有第一掺杂极性；以及辐射感测区域，形成在所述衬底中，所述辐射感测区域可用于感测通过所述背面进入所述衬底的入射光，并且具有所述第一掺杂极性，所述辐射感测区域的掺杂浓度大于所述衬底的掺杂浓度；以及重掺杂区域，形成在所述衬底中并且邻近于所述辐射感测区域，所述重掺杂区域具有第一极性，并且所述重掺杂区域的掺杂浓度大于所述衬底的掺杂浓度，所述重掺杂区域和所述辐射感测区域限定位于它们之间的具有所述第一极性的沟道区域。
该图像传感器器件进一步包括：覆盖在所述沟道区域上方的栅极介电层和栅电极。
在该图像传感器器件中，所述辐射感测区域、所述重掺杂区域、所述沟道区域、所述栅极介电层和所述栅电极构成晶体管，并且所述晶体管通过施加负偏置电压而保持截止。
该图像传感器器件进一步包括：形成在所述衬底中并且邻近于所述辐射感测区域的外延隔离部件。
在该图像传感器器件中，所述外延隔离部件具有不同于所述第一掺杂极性的第二掺杂极性。
该图像传感器器件进一步包括：形成在所述衬底的背面上方的滤色片层和透镜。
根据本发明的又一方面，提供了一种形成图像传感器器件的方法，包括：提供具有正面和背面的衬底；在所述衬底中形成具有第一掺杂极性的辐射感测区域；以及在所述衬底中并且邻近于所述辐射感测区域形成外延隔离结构，其中，所述外延隔离结构具有不同于所述第一掺杂极性的第二掺杂极性。
在该方法中，形成所述外延隔离部件包括原位掺杂。
在该方法中，所述原位掺杂包括朝向所述衬底的正面具有更高的掺杂浓度。
在该方法中，形成所述外延隔离部件包括退火工艺。
在该方法中，所述衬底掺杂为具有所述第一掺杂极性。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优势，现结合附图所进行的以下描述作为参考。
图1示出了根据一些实施例的图像传感器器件的像素区域的放大的俯视图；
图2示出了根据一些实施例的图像传感器器件的图1所示的像素区域和图像传感器器件的外围区域的截面图；
图3示出了根据一些实施例的图像传感器器件的像素区域的放大的俯视图；
图4示出了根据一些实施例示出制造图像传感器器件的方法的流程图；
图5至图9为根据一些实施例处于制造过程的各个阶段的图像传感器器件的图3所示的像素区域以及外围区域的截面图。
具体实施方式
应当理解，以下公开提供了许多不同的实施例或实例以实施本公开的不同特征。以下描述部件和布置的特定实例以简化本公开。当然这些仅仅是示例并不旨在限定。此外，以下描述中第一工艺在第二工艺之前执行可包括第二工艺在第一工艺之后立即执行的实施例，还可包括在第一工艺与第二工艺之间执行附加工艺的实施例。为了简明和清楚，可以任意地以不同比例绘制各种部件。此外，以下描述中第一部件形成在第二部件上方或上可包括以直接接触的方式形成第一部件和第二部件的实施例，还可包括在第一部件和第二部件之间形成有附加的部件使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。此外，各个附图和实施例中的相同元件以相同或类似的参考标号表示。
图1示出了根据一些实施例的图像传感器器件100的像素区域101的放大的俯视图。图像传感器100包括图1所示的像素阵列。每个像素区域101均布置成行和列。像素区域101指的是含有一个光电探测器106和用于将电磁辐射转化成电信号的多种电路的单位单元(unit cell)。在一些实施例中，光电探测器106包括光电二极管以记录辐射(光)的强度或亮度。像素区域101可以包含各种晶体管，包括传输晶体管110、复位晶体管112、源极跟随器晶体管114、选择晶体管116、其他合适的晶体管或它们的组合。像素区域101还可以包括衬底中的各种掺杂区域，例如，掺杂区域118A、118B和120。掺杂区域(118A、118B和120)被配置为先前提及的晶体管的源极/漏极区。掺杂区域120也被称为浮置扩散区，其位于传输晶体管110与复位晶体管112之间。导电部件132与源极跟随器晶体管114的栅叠层的一部分重叠并且连接至浮置扩散区。图像传感器器件100还包括形成在衬底中的多个隔离部件，以隔离衬底的多个区域。在一些实施例中，像素区域中形成有介电隔离部件108以隔离光电探测器106、传输晶体管110、复位晶体管112、源极跟随器晶体管114以及选择晶体管116。外围区域中的其他电路、输入和/或输出可以连接至像素阵列，从而为像素区域101提供工作环境并且支持与像素区域101进行外部通信。例如，像素阵列可以与外围区域中的读出电路和/或控制电路连接。
图2示出了根据一些实施例的图像传感器器件100的外围区域102以及沿图1的线A-A所截取像素区域101的截面图。图像传感器器件100包括具有正面104A和背面104B的衬底104。在一些实施例中，衬底104为包括硅的半导体衬底。可选地或另外地，衬底104包括：诸如锗和/或金刚石的另一元素半导体；包含碳化硅、砷化镓、磷化镓、砷化铟和/或锑化铟的化合物半导体；包含SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP和/或GaInAsP的合金半导体；或它们的组合。衬底104可以掺杂有p型或n掺杂物。p型掺杂物包括硼、BF2、镓、铟、其它合适的p型掺杂物或它们的组合。n型掺杂物包括磷、砷、其它合适的n型掺杂物或它们的组合。在所示的实施例中，衬底104为p型衬底。衬底104的掺杂浓度可以介于约1E15/cm3至约5E16/cm3之间。在各个步骤和方法中，可以使用诸如原位掺杂、离子注入或扩散的工艺来注入衬底104。
像素区域101包括一个或多个诸如光电二极管的光电探测器106。如图2所示，光电探测器106包括辐射感测区域106A和固定层106B。辐射感测区域106A是沿着衬底104的正面104A的掺杂区域，其掺杂极性不同于衬底104的掺杂极性。在所示实施例中，辐射感测区域106A为n型掺杂区域。位于衬底104的正面104A处的固定层106B是设置为与辐射感测区域106A重叠的掺杂区域层。在所示实施例中，固定层106B为p型掺杂层。
像素区域101还包括多个晶体管，诸如传输晶体管110、复位晶体管112、源极跟随器晶体管114(图1中示出)、选择晶体管116(图1中示出)。每个晶体管均具有设置在衬底104的正面104A上方的相应的栅叠层。传输晶体管110的栅叠层覆盖辐射感测区域106A的一部分。像素区域101还包括衬底104中的多个掺杂区域。掺杂区域作为源极/漏极区域对应于先前提及的晶体管的栅叠层。例如，掺杂区域120和118A为复位晶体管112的源极/漏极区域。在一些实施例中，掺杂区域118A和120为重掺杂区域，其掺杂极性不同于衬底104的掺杂极性。在所示实施例中，掺杂区域118A和120为n型区域。
每个晶体管的栅叠层均包括栅极介电层和栅电极层。栅极介电层可以包括介电材料，诸如二氧化硅、高k材料、其他介电材料或它们的组合。高k介电材料的实例包括HfO2、HfSiO、HfTaO、HfTiO、HfZrO、氧化锆、氧化铝、氧化铪、二氧化铪-氧化铝(HfO2-Al2O3)合金或它们的组合。栅电极层可以包括多晶硅和/或金属，该金属包括Al、Cu、Ti、Ta、W、Mo、TaN、NiSi、CoSi、TiN、WN、TiAl、TiAlN、TaCN、TaC、TaSiN或它们的组合。
外围区域102可以包括连接至像素区域101的读出电路和/或控制电路，从而为像素区域101提供工作环境。在所示实施例中，示出了PMOS晶体管122和NMOS晶体管124。PMOS晶体管122包括栅叠层122A和在n型阱122C中形成的具有p型掺杂极性的源极/漏极区122B。NMOS晶体管124包括栅叠层124A和在p型阱124C中形成的具有n型掺杂极性的源极/漏极区域124B。
图像传感器器件100还包括位于像素区域101和外围区域102中的多种隔离部件。例如，图像传感器器件100可以包括形成在像素区域101的衬底104中的多个介电隔离部件108和多个掺杂隔离部件128。介电隔离部件108包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、其他绝缘材料或它们的组合。每个介电隔离部件108的深度D1均介于约至约之间。介电隔离部件108的形成可以包括从衬底104的正面104A蚀刻出沟槽的蚀刻工艺以及沟槽填充有介电材料的沉积工艺。在一些实施例中，介电隔离部件108可以被掺杂衬里层126环绕。掺杂衬里层126的掺杂极性可以不同于辐射感测区域106A的掺杂极性。掺杂衬里层126能够在退火之后修复介电隔离部件108的表面缺陷。
在一些实施例中，掺杂隔离区域128从正面104A延伸至衬底104内。用作隔离阱的掺杂隔离部件128具有不同于辐射感测区域106A的掺杂极性。在所示实施例中，掺杂隔离部件128为p型掺杂区域。介电隔离部件108和掺杂隔离部件128环绕光电探测器106的辐射感测区域106A，以防止在光电探测器106与其它区域之间的水平泄漏路径。
图像传感器器件100还包括在外围区域102中所形成的多个介电隔离部件130。每个介电隔离部件130均从正面104A延伸至衬底104内。介电隔离部件130可以将外围区域102中的PMOS晶体管122和NMOS晶体管124隔离。介电隔离部件130可以包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、其他绝缘材料或它们的组合。
在一些实施例中，图像传感器器件100包括靠近衬底104的背面104B所形成的掺杂层132和掺杂层134。掺杂层132靠近背面104B形成在掺杂隔离部件128之间。掺杂层134具有与辐射感测区域106A相同的掺杂极性并且通常朝向辐射感测区域106A延伸。在所示实施例中，掺杂层132为n型层。掺杂层132的掺杂浓度可以小于辐射感测区域106A的掺杂浓度。掺杂层132可以产生电场以帮助分离电子空穴对并且将电子驱动至辐射感测区域106A。在一些实施例中，掺杂层134具有与辐射感测区域106A不同的掺杂极性，以隔离光电探测器106。在一些实施例中，通过一种或多种注入工艺从衬底104的背面104B形成掺杂层134。
图像传感器器件100还包括位于衬底104的正面104A上方(包括位于光电探测器106上方)的多层互连件(MLI)136。MLI136连接至图像传感器器件100的各个部件(例如，光电探测器106)，使得图像传感器器件100的各个组件适当地进行操作，以响应于照射的光(成像辐射)。MLI136包括多个导电部件138和140。导电部件138可以是诸如接触件和/或通孔的垂直互连件138，导电部件140可以是诸如导线的水平互连件。该多个导电部件138和140包括导电材料，诸如，铝、铝/硅/铜合金、钛、氮化钛、钨、多晶硅、金属硅化物或它们的组合。
MLI136的各个导电部件138和140介于介电层142中。ILD层142可以包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、TEOS氧化物、掺磷硅玻璃(PSG)、掺硼磷硅玻璃(BPSG)、氟化硅玻璃(FSG)、掺碳氧化硅、Black(加利福尼亚州的圣克拉拉市的应用材料)、非晶氟化碳、低k介电材料、聚酰亚胺或它们的组合。ILD层142可以具有多层结构。
图像传感器器件100还可以包括设置在衬底104的正面104A上方的载体晶圆144。在一些实施例中，载体晶圆144接合至MLI136。载体晶圆144包括硅或玻璃。载体晶圆144可以为形成在衬底104的正面104A上的各种部件(诸如，光电探测器)提供保护，并且还可以为处理衬底104的背面104B提供机械强度和支撑。
图像传感器器件100还可以包括设置在衬底104的背面104B上方的抗反射层146、滤色片148以及透镜150。抗反射层146包括介电材料，诸如，氮化硅或氮氧化硅。
滤色片148设置在抗反射层146的上方并且与光电探测器106的辐射感测区域106A对准。滤色片148被设计成使得其透过预定波长的光。例如，滤色片148可以使具有红色波长、绿色波长或蓝色波长的可见光透过以到达光电探测器106。在一个实例中，滤色片148包括基于染料(或基于颜料)的聚合物，用于过滤掉特定频带(例如，具有期望波长的光)。
透镜150设置在滤色片148上方并且也与光电探测器106的辐射感测区域106A对准。透镜150与光电探测器106和滤色片148可以具有多种位置布局，使得透镜150将入射光152聚焦在光电探测器106的辐射感测区域106A上。可选地，滤色片148和透镜150的位置可以对调，使得透镜150设置在抗反射层146与滤色片148之间。
在根据一个或多个实施例的操作中，图像传感器器件100被设计成接收朝向衬底104的背面104B运行的入射光(incident radiation，又称入射辐射)152。透镜150将入射光152引导至滤色片148。然后，入射光152从滤色片148穿过抗反射层146到达衬底104以及相应的光电探测器106，更具体地，到达辐射感测区域106A。当暴露于入射光152时，光电探测器106响应于入射光152积累电荷。当传输晶体管110的栅极导通时，电荷从光电探测器106转移到浮置扩散区120。通过导电部件132(图1中示出)的连接，源极跟随器晶体管114可以将来自浮置扩散区120的电荷转化为电压信号。选择晶体管116可以允许读出电路读取像素阵列的单行。复位晶体管112用作开关以重置浮置扩散区120。当复位晶体管112导通时，浮置扩散区120有效地连接至电源，同时清除所有聚集的电荷。在所示实施例中，当未施加偏置电压时，像素区域101中的每个晶体管均截止，并且通过施加正偏置电压导通。
如图2所示，光电探测器106被多个掺杂区(诸如，掺杂衬里层126、掺杂隔离区128以及掺杂层132)环绕。掺杂层126和132以及掺杂隔离区128可以防止水平电流泄漏并且提高光电探测器106的性能。然而，形成掺杂层126和132以及掺杂隔离区域128可能需要高注入能量以在其中注入掺杂物。这种高注入能量会引起图像传感器器件100的损害，这会使暗电流和白色像素的问题更加严重。此外，掺杂层126和132以及掺杂隔离区域128可能需要一次或多次退火工艺来激活注入的掺杂物。每次退火步骤的高温可能进一步引起掺杂区域以及衬底104中的其他掺杂区域的扩散。其他掺杂区域的进一步扩散会对图像传感器器件100的性能和可靠性造成不利影响。
图3示出了根据一些实施例的图像传感器器件300(在图5至图9示出)的像素区域301的放大的俯视图。图像传感器器件300包括如图3所示的像素阵列。每个像素区域301均布置成行和列。在一些实施例中，当从上向下看时，图像传感器器件300中的每个部件的连接和布置均与图1所示的相应的部件相同或相似。因此，这里将不重复描述图像传感器器件300中的每个部件的连接和布置。
图4是根据本公开的一些实施例形成图像传感器器件300的方法200的流程图。方法200开始于步骤201，其中，提供具有像素区域和外围区域的衬底。随后，方法200继续至步骤202，其中，在像素区域中蚀刻多个第一沟槽。方法200继续至步骤203，其中，在第一沟槽中形成多个外延隔离部件。随后，该方法200继续至步骤204，其中，在外围区域中形成多个第二沟槽。此后，方法200继续至步骤205，其中，在第二沟槽中形成多个介电隔离部件。
图5至图9是根据一些实施例的处于制造过程的各个阶段的图像传感器器件300中外围区域302以及沿着图3中的线A-A而截取的像素区域301的截面图。在一些实施例中，根据方法200来制造图像传感器器件300。各个附图已经过简化以更好地理解本发明的内容。
方法200从步骤201开始并且进行至步骤202。图5为根据一些实施例在执行步骤201和202之后的图像传感器器件300的截面图。提供了衬底304。衬底304具有正面304A和背面304B。衬底304A类似于图2所示的衬底104，但是具有与衬底104不同的掺杂极性。例如，衬底304具有n型或p型的第一掺杂极性。当衬底104为p型衬底时，该衬底304为n型衬底，反之亦然。在所示的实施例中，衬底304为n型衬底。在一些实施例中，衬底304的掺杂浓度可以介于约1E15/cm3至约1E16/cm3之间。
在一些实施例中，在衬底304的正面304A上方形成了硬掩模层362。硬掩模层362可以具有多层结构。在一些实施例中，硬掩模层362包括垫层(未示出)、位于垫层上方的介电层(未示出)以及位于介电层上方的成像增强层。垫层(诸如，氧化层)用作衬底304与上面的介电层之间的应力缓冲层。介电层可以包括含氮材料，诸如，氮化硅或氮氧化硅。可选地，介电层包括非晶碳材料、碳化硅或正硅酸乙酯(TEOS)。成像增强层可以包括有机层、聚合物层或富硅氧化物(SRO)。成像增强层能够增强从上面的光刻胶层所传送的图像的准确度。可以通过诸如化学汽相沉积(CVD)或等离子增强的化学汽相沉积(PECVD)的工艺来形成硬掩模层362。然后，通过合适的光刻和蚀刻工艺来图案化硬掩模层362以形成多个孔362A并且暴露像素区域301中的衬底304的正面304A的一部分。
利用合适的蚀刻工艺通过孔362A去除衬底304的暴露的部分，以在像素区域301中形成多个第一沟槽364。蚀刻工艺可以是反应离子蚀刻(RIE)或其他干法蚀刻工艺。每个第一沟槽364的深度D2均可以介于约至约之间。
方法200继续至步骤203，其中，在第一沟槽中形成外延隔离部件。图6为根据一些实施例在执行步骤203之后的图像传感器器件300的截面图。在第一沟槽362中形成多个外延隔离部件308。每个外延隔离部件308均可具有深度D2。在一些实施例中，执行外延工艺以沉积外延材料。通过外延生长半导体材料形成外延材料。半导体材料可以包括诸如锗(Ge)或硅(Si)的单一元素，或者诸如砷化镓(GaAs)、砷化镓铝(AlGaAs)的化合物半导体材料，或者诸如硅锗(SiGe)、砷磷化镓(GaAsP)的半导体合金。外延生长工艺可以包括选择性外延生长(SEG)、循环沉积和蚀刻(CDE)、化学汽相沉积(CVD)方法(例如，汽相外延(VPE)和/或超高真空CVD(UHV-CVD))、分子束外延(MBE)、其他合适的外延工艺或它们的组合。
每个外延隔离部件308均具有不同于第一掺杂极性的第二掺杂极性。在所示的实施例中，外延隔离部件308为p型外延隔离部件。在一些实施例中，外延隔离部件的掺杂浓度介于约1E17/cm3至约1E18/cm3之间。可以在生长材料的同时通过原位掺杂来掺杂外延隔离部件308，使得无需进一步执行另一注入工艺，以及退火工艺来激活注入的掺杂物。在一些实施例中，每个外延隔离部件308均具有阶梯式掺杂浓度。例如，外延隔离部件308的掺杂浓度朝向衬底304的正面304A增加。这种阶梯式掺杂浓度可以有效地隔离靠近正面304A所形成的晶体管(图3中示出)的重掺杂区域。
外延材料可以过填充第一沟槽362。对外延材料应用诸如化学机械抛光(CMP)工艺和/或蚀刻工艺的平坦化工艺，以减小外延材料的厚度，从而暴露出硬掩模层362的顶面。在一些实施例中，在平坦化工艺之后去除硬掩模层362。进一步平坦化外延隔离部件308直至它们基本与衬底304的正面304A共面。
方法200继续至步骤204，其中，在外围区域302的衬底304中蚀刻出多个第二沟槽。图7示出了根据一些实施例在执行步骤204之后的图像传感器器件300的截面图。在衬底304的正面304A上方形成硬掩模层366。硬掩模层366可以包括与硬掩模层362类似的多层结构和材料。随后，通过合适的光刻和蚀刻工艺来图案化硬掩模层366，以形成多个孔366A。孔366A暴露了外围区域302中的衬底304的正面304A的一部分。
利用合适的蚀刻工艺通过孔366A去除衬底304的暴露的部分，以在外围区域302中形成多个第二沟槽368。蚀刻工艺可以包括反应离子蚀刻(RIE)或其他干法蚀刻技术。每个第二沟槽的深度D3均从正面304A延伸至衬底304内。深度D3可以与深度D1基本相同。
方法200继续至步骤205，其中，在第二沟槽中形成多个介电隔离部件。图8示出了在执行步骤205之后的图像传感器器件300的截面图。如图8所示，在第二沟槽368中形成多个介电隔离部件330。在一些实施例中，介电材料通过合适的沉积工艺沉积到第二沟槽368中。沉积工艺可以包括化学汽相沉积(CVD)、物理汽相沉积(PVD)、等离子体增强的化学汽相沉积(PECVD)或其他合适的沉积方法。介电材料可以包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、其他绝缘材料或它们的组合。
介电材料可以过填充第二沟槽368。对介电材料应用诸如化学机械抛光(CMP)工艺和/或蚀刻工艺的平坦化工艺，以暴露出硬掩模层366的顶面。在一些实施例中，在平坦化工艺之后去除硬掩模层366。进一步平坦化介电隔离部件330直至它们基本与衬底304的正面304A共面。
应当理解，可以在方法200的步骤205之前、期间或之后提供附加的步骤。图9为在步骤205之后的图像传感器器件300的截面图。光电探测器106形成在像素区域301中。光电探测器106包括辐射感测区域106A和固定层106B。辐射感测区域106A被外延隔离部件308环绕。外延隔离部件的深度大于辐射感测区域106A的深度。在一些实施例中，辐射感测区域106A还具有与衬底304相同但与外延隔离部件308不同的掺杂极性(诸如，第一掺杂极性)。因此，外延隔离部件308可以与辐射感测区域106A形成P-N结，以防止横向电流泄漏。在所示的实施例中，辐射感测区域106A沿着衬底304的正面304A掺有n型物质。在衬底304的正面304A处与辐射感测区域106A重叠的固定层106B掺杂有p型物质。在一些实施例中，辐射感测区域106A的掺杂浓度大于衬底304的掺杂浓度。例如，辐射感测区域106A的掺杂浓度可以介于约1E15/cm3至约1E16/cm3之间。
如图9所示，通过形成外延隔离部件308，无需形成介电部件108(图2中示出)、掺杂衬里层126(图2中示出)以及掺杂隔离部件128(图2中示出)。此外，也无需形成掺杂层132(图2中示出)。由于衬底304具有与辐射感测区域106A相同的掺杂极性(例如，第一掺杂极性)，所以衬底304可以提供与掺杂层132相同的功能。因此，在图像传感器器件300的制造工艺中无需高掺杂能量和多次退火工艺。
在像素区域301中形成浮置扩散区120以及掺杂区域118A和118B(图3中示出)。浮置扩散区120以及掺杂区域118A和118B可以是具有第一掺杂极性的重掺杂区域。例如，浮置扩散区120以及掺杂区域118A和118B的掺杂浓度可以介于约1E15/cm3至约8E15/cm3之间。在所示实施例中，浮置扩散区120以及掺杂区域118A和118B为n型掺杂区。
在外围区域102中，通过注入在衬底104中形成了n型阱122C和p型阱124C。通过注入在相应的n型阱122C和p型阱124C中形成了源极/漏极区122B和源极/漏极区124B。
栅叠层形成在衬底304的正面304A上并且位于像素区域301以及外围区域302中。每个栅叠层均包括栅极介电层和栅电极层。栅叠层和掺杂区域120、118A和118B(图3中示出)构成了像素区域301中的传输晶体管310、复位晶体管312、源极跟随器晶体管314(图3中示出)以及选择晶体管316(图3中示出)。如上所述，在一些实施例中，衬底304和掺杂区域120、118A、118B中的每个均具有第一掺杂极性。因此，像素区域301中的晶体管310、312、314和316的每个的沟道部分均具有与掺杂区域120、118A和118B相同的掺杂极性并且具有更小的掺杂浓度。在一些实施例中，通过施加负偏置电压，晶体管310、312、314和316中的每个均保持截止，并且通过施加正偏置电压或停止施加负偏置电压而都导通。例如，负偏置电压介于约3.3V至约-3.3V之间。
与n型阱122C和p型阱124C相对应的栅叠层122A和124A形成在外围区域302中。栅叠层122A与n型阱122C中的源极/漏极区122B构成了PMOS晶体管。类似地，栅叠层124A与p型阱124C中的源极/漏极区124B构成了NMOS晶体管。像素区域310和外围区域302中的栅叠层通过合适的工艺(包括沉积、光刻图案化以及蚀刻工艺)形成。
图像传感器器件300还包括设置在衬底304的正面304A上方的多层互连件(MLI)136。MLI136连接至图像传感器器件300的各个组件(诸如，光电探测器106)，使得图像传感器器件300的各个部件可操作地适当响应于照射的光(成像辐射)。MLI136包括多个导电部件138和140，它们可以是诸如接触件和/或通孔的垂直互连件和诸如导线的水平互连件。通过合适的工艺(包括沉积、光刻图案化以及蚀刻工艺)形成导电部件138和140以形成垂直和水平互连件。
MLI136的各个导电部件138和140设置在层间介电(ILD)层142中。ILD层142可以包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、TEOS氧化物、掺磷硅玻璃(PSG)、掺硼磷玻璃(BPSG)、氟化硅玻璃(FSG)、掺碳氧化硅、低k介电材料或它们的组合。ILD层142可以具有多层结构。可以通过合适的工艺(包括旋涂、化学汽相沉积(CVD)或等离子体增强的化学汽相沉积(PECVD))来形成ILD层142。在一个实例中，可以在包括镶嵌工艺的组合工艺中形成MLI136和ILD层142。在一些实施例中，在MLI136形成之后，还包括进一步的工艺步骤。如图9所示，载体晶圆144接合至MLI136。载体晶圆144为处理衬底304的背面304B提供机械强度和支撑。对衬底304的背面304B应用诸如化学机械抛光(CMP)工艺的平坦化工艺以减小衬底304的厚度。通过背面304B利用注入工艺、扩散工艺、退火工艺或它们的组合来形成掺杂层134。在一些实施例中，还形成设置在衬底304的背面304B上方的抗反射层146、滤色片148以及透镜150。滤色片148和透镜150与光电探测器106的辐射感测区域106A对准。
虽然在所示实施例中规定了衬底(诸如，104、304)和掺杂区域(诸如，区域106A、106B、126、118A、118B、120、122B、122C、124B、124C、126、128、132、134、308等)的杂质类型，但是这些实施例的教导很容易用于形成具有相反的掺杂极性的衬底和掺杂区域的器件。此外，步骤201至205的顺序可以被合理重排。例如，步骤204和205可以在步骤202和203之前执行。
以上描述了形成图像传感器器件的结构的实施例。形成了包括外延隔离部件的图像传感器器件以防止水平电流泄漏。可以在无退火工艺的情况下形成外延隔离部件。此外，该图像传感器器件包括掺杂有与辐射感测区域相同的掺杂极性的衬底。衬底本身提供了可以产生电场的功能，以帮助分离电子空穴对并且将电子驱赶到辐射感测区域。无需在靠近衬底的背面处形成另一掺杂层。因此，可以在图像传感器器件制造过程中避免高能量注入和多次退火工艺。图像传感器器件的性能和可靠性可以得到提高。
根据一些实施例，提供了一种图像传感器器件。图像传感器器件包括具有正面和背面的衬底。图像传感器还包括辐射感测区域，并且辐射感测区域可操作地感测通过背面进入衬底的入射光。图像传感器还包括形成在衬底中并且邻近辐射感测区域的掺杂隔离区域。此外，图像传感器器件包括形成在掺杂隔离区域中的深沟槽隔离结构。该深沟槽隔离结构包括从背面延伸的沟槽和覆盖该沟槽的带负电的薄膜。
根据一些实施例，提供了一种图像传感器器件。图像传感器器件包括具有正面和背面的衬底。图像传感器器件还包括形成在衬底中的辐射感测区域。辐射感测区域可操作地感测通过背面进入衬底的入射光。辐射感测区域还包括形成在衬底中并且邻近辐射感测区域的外延隔离部件。辐射感测区域和外延隔离部件具有不同的掺杂极性。
根据一些实施例，提供了一种图像传感器器件。图像传感器器件包括具有正面和背面的衬底，衬底具有第一掺杂极性。图像传感器器件还包括形成在衬底中的辐射感测区域。辐射感测区域可操作地感测通过背面进入衬底的入射光。辐射感测区域具有第一掺杂极性，并且辐射感测区域的掺杂浓度大于衬底的掺杂浓度。图像传感器器件还包括形成在衬底中并且邻近辐射感测区域的重掺杂区域。重掺杂区域具有第一极性并且重掺杂区域的掺杂浓度大于衬底的掺杂浓度。重掺杂区域和辐射感测区域限定位于它们之间的具有第一极性的沟道区域。
根据一些实施例，提供了图像传感器器件的形成方法。该方法包括提供具有正面和背面的衬底。该方法还包括在衬底中形成具有第一掺杂极性的辐射感测区域。该方法还包括在衬底中并且邻近辐射感测区域形成外延隔离结构。外延隔离结构具有不同于第一掺杂极性的第二掺杂极性。
尽管已经详细描述了本发明的实施例及优点，但是应该理解，在不背离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变、替换和变更。例如，本领域的技术人员可以容易地理解，可以改变本发明描述的很多部件、功能、工艺和材料但同时仍在本发明的范围内。而且，本发明的范围不旨在限于本说明书所述的工艺、机器装置、制造、物质组成、工具、方法和步骤的具体实施例。本领域的技术人员很容易理解，根据本发明可以利用与本文描述的对应实施例执行基本相同功能或实现基本相同结果的工艺、机器装置、制造、物质组成、工具、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些工艺、机器装置、制造、物质组成、工具、方法或步骤都包括在它们的保护范围内。
Claims (10)
1.一种图像传感器器件，包括：
衬底，具有正面和背面；
辐射感测区域，形成在所述衬底中，其中，所述辐射感测区域可用于感测通过所述背面进入所述衬底的入射光；以及
外延隔离部件，形成在所述衬底中并且邻近于所述辐射感测区域，所述辐射感测区域和所述外延隔离部件具有不同的掺杂极性。
2.根据权利要求1所述的图像传感器器件，其中，所述外延隔离部件与所述辐射感测区域形成P-N结。
3.根据权利要求1所述的图像传感器器件，其中，所述外延隔离部件包括Ge、Si、GaAs、AlGaAs、SiGe、GaAsP或它们的组合。
4.根据权利要求1所述的图像传感器器件，其中，所述外延隔离部件的掺杂浓度介于约1E17/cm3至约1E18/cm3之间。
5.根据权利要求1所述的图像传感器器件，其中，所述外延隔离部件具有阶梯式掺杂浓度。
6.根据权利要求5所述的图像传感器器件，其中，所述外延隔离部件的掺杂浓度朝向所述衬底的正面增加。
7.根据权利要求1所述的图像传感器器件，其中，所述衬底与所述辐射感测区域具有相同的掺杂极性。
8.根据权利要求7所述的图像传感器器件，其中，所述衬底的掺杂浓度小于所述辐射感测区域的掺杂浓度。
9.一种图像传感器器件，包括：
衬底，具有正面和背面，其中，所述衬底具有第一掺杂极性；以及
辐射感测区域，形成在所述衬底中，所述辐射感测区域可用于感测通过所述背面进入所述衬底的入射光，并且具有所述第一掺杂极性，所述辐射感测区域的掺杂浓度大于所述衬底的掺杂浓度；以及
重掺杂区域，形成在所述衬底中并且邻近于所述辐射感测区域，所述重掺杂区域具有第一极性，并且所述重掺杂区域的掺杂浓度大于所述衬底的掺杂浓度，所述重掺杂区域和所述辐射感测区域限定位于它们之间的具有所述第一极性的沟道区域。
10.一种形成图像传感器器件的方法，包括：
提供具有正面和背面的衬底；
在所述衬底中形成具有第一掺杂极性的辐射感测区域；以及
在所述衬底中并且邻近于所述辐射感测区域形成外延隔离结构，其中，所述外延隔离结构具有不同于所述第一掺杂极性的第二掺杂极性。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101738248B1 (ko) | 2015-05-28 | 2017-05-19 | 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 | 이미지 센서 및 이의 제조 방법 |
| CN107039471A (zh) * | 2015-11-16 | 2017-08-11 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 图像传感器及其制造方法 |
| CN107887402A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-04-06 | 德淮半导体有限公司 | 半导体装置及其制造方法 |
| CN112614861A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-04-06 | 上海华力微电子有限公司 | 图像传感器的版图结构 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9780137B2 (en) * | 2013-11-25 | 2017-10-03 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Mechanisms for forming image-sensor device with epitaxial isolation feature |
| KR102197480B1 (ko) * | 2014-09-29 | 2020-12-31 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 이미지 센서 및 그 구동방법 |
| US9515116B1 (en) * | 2015-05-22 | 2016-12-06 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Vertical transfer gate structure for a back-side illumination (BSI) complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) image sensor using global shutter capture |
| US10943942B2 (en) * | 2017-11-10 | 2021-03-09 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Image sensor device and method of forming the same |
| WO2020142977A1 (en) * | 2019-01-10 | 2020-07-16 | Shenzhen Xpectvision Technology Co., Ltd. | Image sensor having radiation detectors of different orientations |
| US11721774B2 (en) * | 2020-02-27 | 2023-08-08 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Full well capacity for image sensor |
| US20220059582A1 (en) * | 2020-08-20 | 2022-02-24 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Apparatus and methods for effective impurity gettering |
| US11658031B2 (en) * | 2021-03-04 | 2023-05-23 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Implantation mask formation |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120098078A1 (en) * | 2010-10-26 | 2012-04-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Backside illuminated active pixel sensor array, method of manufacturing the same, and backside illuminated image sensor including the same |
| US20130099291A1 (en) * | 2010-06-30 | 2013-04-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Solid-state imaging device and manufacturing method therefor |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5134090A (en) * | 1982-06-18 | 1992-07-28 | At&T Bell Laboratories | Method of fabricating patterned epitaxial silicon films utilizing molecular beam epitaxy |
| US7372091B2 (en) * | 2004-01-27 | 2008-05-13 | Micron Technology, Inc. | Selective epitaxy vertical integrated circuit components |
| KR100654056B1 (ko) | 2005-12-29 | 2006-12-05 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 이미지 센서 및 그 제조방법 |
| US7642608B2 (en) * | 2007-03-09 | 2010-01-05 | Aptina Imaging Corporation | Dual isolation for image sensors |
| US8357984B2 (en) * | 2008-02-08 | 2013-01-22 | Omnivision Technologies, Inc. | Image sensor with low electrical cross-talk |
| US7741666B2 (en) * | 2008-02-08 | 2010-06-22 | Omnivision Technologies, Inc. | Backside illuminated imaging sensor with backside P+ doped layer |
| US7901974B2 (en) * | 2008-02-08 | 2011-03-08 | Omnivision Technologies, Inc. | Masked laser anneal during fabrication of backside illuminated image sensors |
| US8674469B2 (en) | 2009-04-23 | 2014-03-18 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Isolation structure for backside illuminated image sensor |
| US8587081B2 (en) * | 2010-04-28 | 2013-11-19 | Calvin Yi-Ping Chao | Back side illuminated image sensor with back side pixel substrate bias |
| FR2974240A1 (fr) * | 2011-04-12 | 2012-10-19 | St Microelectronics Crolles 2 | Capteur eclaire par la face arriere a isolement par jonction |
| FR2974238A1 (fr) * | 2011-04-12 | 2012-10-19 | St Microelectronics Crolles 2 | Procede de realisation d'un capteur d'images a eclairement par la face arriere |
| JP5930650B2 (ja) * | 2011-10-07 | 2016-06-08 | キヤノン株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| US8709854B2 (en) * | 2012-05-10 | 2014-04-29 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Backside structure and methods for BSI image sensors |
| US9780137B2 (en) * | 2013-11-25 | 2017-10-03 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Mechanisms for forming image-sensor device with epitaxial isolation feature |
-
2013
- 2013-11-25 US US14/089,263 patent/US9780137B2/en active Active
-
2014
- 2014-07-07 CN CN201410319891.7A patent/CN104659042B/zh active Active
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-
2019
- 2019-04-18 US US16/387,989 patent/US10886320B2/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130099291A1 (en) * | 2010-06-30 | 2013-04-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Solid-state imaging device and manufacturing method therefor |
| US20120098078A1 (en) * | 2010-10-26 | 2012-04-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Backside illuminated active pixel sensor array, method of manufacturing the same, and backside illuminated image sensor including the same |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101738248B1 (ko) | 2015-05-28 | 2017-05-19 | 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 | 이미지 센서 및 이의 제조 방법 |
| US10177187B2 (en) | 2015-05-28 | 2019-01-08 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. | Implant damage free image sensor and method of the same |
| CN107039471A (zh) * | 2015-11-16 | 2017-08-11 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 图像传感器及其制造方法 |
| CN107887402A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-04-06 | 德淮半导体有限公司 | 半导体装置及其制造方法 |
| CN112614861A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-04-06 | 上海华力微电子有限公司 | 图像传感器的版图结构 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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