CN104882460A - 具有包括负电荷材料的深沟槽的图像传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供了图像传感器和制造图像传感器的方法，图像传感器包括：限定多个像素区域的基底，基底具有第一表面和背对第一表面的第二表面。基底的第二表面被构造为接收入射在其上的光，并且基底限定从基底的第二表面朝向基底的第一表面延伸并且使多个像素区域彼此分开的深沟槽。在基底的多个像素区域中的每个像素区域中，设置了光电转换区域。栅电极设置在光电转换区域上，还设置了覆盖深沟槽的侧壁的至少一部分和基底的第二表面的负的固定电荷层。图像传感器还包括位于基底的第一表面上的浅器件隔离层。浅器件隔离层限定每个像素区域中的有源区域，负的固定电荷层接触浅器件隔离层。

Description

具有包括负电荷材料的深沟槽的图像传感器及其制造方法
该专利申请要求于2014年2月27日提交的第10-2014-0023278号韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的全部内容以这种方式通过引用包含于此。
技术领域
本发明构思总体上涉及图像传感器，更具体地讲，涉及图像传感器和制造图像传感器的方法。
背景技术
图像传感器是能够将电信号转换成光学图像的半导体器件。图像传感器可以分为包括电荷耦合器件(CCD)型和互补金属氧化物半导体(CMOS)型在内的各种类型。CMOS型图像传感器(即，称作CIS)可以包括以二维布置的像素。每个像素可以包括将入射光转换成电信号的光电二极管(PD)。
随着半导体装置变得越发高度集成，图像传感器也同样地会变得高度集成。因此，会按比例缩小相应的像素，从而在像素之间会频繁地发生串扰。
发明内容
本发明构思的一些实施例提供了图像传感器，所述图像传感器包括：限定多个像素区域的基底，基底具有第一表面和背对第一表面的第二表面。基底的第二表面被构造为接收入射在其上的光，基底限定从基底的第二表面朝向基底的第一表面延伸并且使多个像素区域彼此分开的深沟槽。在基底的所述多个像素区域中的每个像素区域中，设置了光电转换区域。栅电极设置在光电转换区域上，还设置了覆盖深沟槽的侧壁的至少一部分和基底的第二表面的负的固定电荷层。图像传感器还包括位于基底的第一表面上的浅器件隔离层。浅器件隔离层限定每个像素区域中的有源区域，负的固定电荷层接触浅器件隔离层。
在另外的实施例中，负的固定电荷层可以包括金属氧化物层，所述金属氧化物层包括镧系元素、铪(Hf)、锆(Zr)、铝(Al)、钽(Ta)、钛(Ti)和钇(Y)中的一种或更多种。
在其他另外的实施例中，负的固定电荷层可以包括具有铪(Hf)的金属氧化物层。
在一些实施例中，栅电极可以朝向基底的第一表面延伸。
在另外的实施例中，负的固定电荷层可以包括与浅器件隔离层的顶表面和底表面中的至少一个表面分隔开的底表面。在某些实施例中，负的固定电荷层的底表面和下部侧壁可以接触浅器件隔离层。
在其他另外的实施例中，负的固定电荷层可以延伸到浅器件隔离层的内部。
在一些实施例中，填充绝缘层可以在深沟槽中接触负的固定电荷层并且朝向基底的第二表面延伸。
在另外的实施例中，气隙区域可以设置在深沟槽中。
在其他另外的实施例中，多晶硅图案可以设置在深沟槽中，负的固定电荷层可以接触多晶硅图案。
在一些实施例中，沟道停止层可以被设置成与基底的第一表面相邻并且可以限定每个像素区域中的有源区域。中间介电层可以覆盖基底的第一表面，负的固定电荷层可以接触中间介电层。
在另外的实施例中，沟道停止层可以被设置为与基底的第一表面相邻并且可以限定每个像素区域中的有源区域。中间介电层可以覆盖基底的第一表面。蚀刻停止层可以设置在基底的第一表面和中间介电层之间，负的固定电荷层可以接触蚀刻停止层。
在其他另外的实施例中，多晶硅图案可以设置在深沟槽下面。绝缘衬垫图案可以填充多晶硅图案和深沟槽的下部侧壁之间的空间。负的固定电荷层可以接触多晶硅图案的顶表面和绝缘衬垫图案的顶表面。
在一些实施例中，图像传感器还可以包括位于基底上与深沟槽的侧壁相邻的杂质掺杂区域。
在另外的实施例中，深沟槽可以包括位于浅器件隔离层中的底表面，深沟槽的底表面具有弯曲的形状。
在某些实施例中，负的固定电荷层可覆盖深沟槽的侧壁和底表面。图像传感器还可以包括填充深沟槽的填充绝缘层，填充绝缘层在深沟槽中具有倒置的Y形状。
本发明构思的其他另外的实施例提供了制造图像传感器的方法，所述方法包括：提供基底，所述基底限定多个像素区域并且具有第一表面和背对第一表面的第二表面，第二表面被构造为接收入射在其上的光。所述方法还包括在基底中形成初始深器件隔离层，以限定所述多个像素区域。在基底的每个像素区域中，形成光电转换区域。在基底的第一表面上形成晶体管和线层。在基底的第二表面处暴露初始深器件隔离层。去除初始深器件隔离层的至少一部分，以在基底中形成深沟槽。形成负的固定电荷层以覆盖基底的第二表面和深沟槽的侧壁。
在一些实施例中，在形成负的固定电荷层的步骤之后，可以在基底的第二表面上形成填充绝缘层。
在另外的实施例中，形成填充绝缘层的步骤可以包括：形成在深沟槽内部延伸以填充深沟槽的填充绝缘层。
在其他另外的实施例中，形成填充绝缘层的步骤可以包括：在与用于形成负的固定电荷层的温度基本相似的温度下，或者在比用于形成负的固定电荷层的温度低的温度下，形成填充绝缘层。
在一些实施例中，在形成负的固定电荷层的步骤之后，可以在深沟槽中形成气隙区域。
附图说明
发明构思的示例实施例的前述和其他特征与优点将通过如附图中所示的发明构思的非限制性实施例的更具体的描述而明显，在附图中，纵观不同的视图，同样的附图标记指示相同的部件。附图不一定是按比例绘制的，而是将重点放在示出发明构思的原理上。在附图中：
图1是根据本发明构思的一些实施例的图像传感器的电路图。
图2是根据本发明构思的一些实施例的图像传感器的布局图。
图3是沿着图2的线A-A'截取的剖视图。
图4至图14是示出根据本发明构思的一些实施例在制造图3的图像传感器中的加工步骤的剖视图。
图15是示出根据本发明构思的一些实施例的图像传感器的剖视图。
图16和图17是示出在制造图15的图像传感器中的加工步骤的剖视图。
图18是示出根据发明构思的一些实施例的图像传感器的剖视图。
图19至图21是示出在制造图18的图像传感器中的加工步骤的剖视图。
图22是示出根据发明构思的一些实施例的图像传感器的剖视图。
图23是示出在制造图22的图像传感器中的加工步骤的剖视图。
图24是示出根据发明构思的一些实施例的图像传感器的剖视图。
图25是示出根据发明构思的一些实施例的图像传感器的剖视图。
图26是示出根据发明构思的一些实施例的图像传感器的剖视图。
图27是示出根据发明构思的一些实施例的具有图像传感器的电子装置的框图。
图28至图32示出根据发明构思的一些实施例的图像传感器可以应用于的多媒体装置的示例。
具体实施方式
在下文中，将参照其中示出了一些实施例的附图来更充分地描述各方面的一些实施例。然而，本发明构思可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为局限于在此阐述的所述一些实施例。相反，提供这些所述一些实施例使得这样的描述将是彻底的和完整的，这些所述一些实施例将把本发明构思的范围充分地传达给本领域技术人员。在附图中，为了清晰起见，可能夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。
将理解的是，当元件或层被称为“在”另一元件或层“上”、“连接到”或“结合到”另一元件或层时，该元件或层可以直接在另一元件或层上、直接连接到或直接结合到另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在”另一元件或层“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件或层时，不存在中间元件或层。同样的附图标记始终指示同样的元件。如在这里使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项的任意和所有组合。
将理解的是，虽然这里可以使用术语第一、第二、第三、第四等来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但这些元件、组件、区域、层和/或部分不应该受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一元件、组件、区域、层或部分区别开。因此，在不脱离本发明构思的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以被称作第二元件、组件、区域、层或部分。
为了易于描述，可以在这里使用诸如“在……下面”、“在……下方”、“下面的”、“在……上方”、“上面的”等的空间相对术语，以描述如在附图中示出的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解的是，除了附图中绘出的方位之外，空间相对术语还意图包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果把附图中的装置翻转，则被描述为“在”其他元件或特征“下方”或“下面”的元件随后将被定向为“在”其他元件或特征“上面”。因此，术语“在……下方”可以包括在……上方和在……下方两种方位。可以将装置另外定向(旋转90度或在其他方位上)并相应地解释在这里使用的空间相对描述符。
在这里使用的术语，仅出于描述特定的一些实施例的目的，并不意图限制本发明构思。除非上下文另外清楚地表明，否则如在这里使用的，单数形式“一个(种)”和“该(所述)”也意图包括复数形式。进一步将理解的是，当在说明书中使用术语“包括”和/或其变型来说明存在陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或更多个其他的特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
在这里参照作为理想化的一些实施例(和中间结构)的示意图的剖视图来描述一些实施例。这样，预计将出现例如由制造技术和/或公差引起的示图形状的改变。因此，一些实施例不应该被解释为局限于在这里示出的区域的具体形状，而是将要包括例如由制造导致的形状上的偏差。例如，示出为矩形的注入区将通常在其边缘具有圆形的或弯曲的特征和/或注入浓度的梯度，而非从注入区到非注入区的二元变化。同样地，通过注入形成的埋区可以导致在埋区和发生注入所经由的表面之间的区域中出现一定程度的注入。因此，附图中示出的区域实质上是示意性的，它们的形状不意图示出器件的区域的实际形状，也不意图限制本发明构思的范围。
除非另有定义，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明构思所属领域的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确地这样定义，否则诸如那些在通用词典中定义的术语应该被解释为具有与在相关领域的上下文中它们的意思一致的意思，并且将不以理想化或过于正式的意思来解释。
参照图1，将讨论根据本发明构思的一些实施例的图像传感器的电路图。如图1中所示，图像传感器可以包括多个单元像素，每个单元像素包括光电转换区域PD、传递晶体管Tx、源极跟随晶体管Sx、复位晶体管Rx和选择晶体管Ax。传递晶体管Tx、源极跟随晶体管Sx、复位晶体管Rx和选择晶体管Ax可以分别包括传递栅极TG、源极跟随栅极SF、复位栅极RG和选择栅极SEL。光电转换部分可以设置在光电转换区域PD中。光电转换部分可以是包括n型杂质区域和p型杂质区域的光电二极管。传递晶体管Tx可以包括用作浮置扩散区域FD的漏区。浮置扩散区域FD还可以用作复位晶体管Rx的源区。浮置扩散区域FD可以电连接到源极跟随晶体管Sx的源极跟随栅极SF。源极跟随晶体管Sx可以结合到选择晶体管Ax。相邻的像素可以共享复位晶体管Rx、源极跟随晶体管Sx和选择晶体管Ax，因此能够增大图像传感器的集成密度。
在下文中，将参照图1来讨论图像传感器的操作。当图像传感器处于阻挡光的状态时，电源电压VDD可以被施加到复位晶体管Rx的漏区和源极跟随晶体管Sx的漏区，以从浮置扩散区域FD释放电荷。在此之后，如果复位晶体管Rx截止并且外部光入射到光电转换区域PD中，则可以在光电转换区域PD中产生电子-空穴对。空穴可以朝向p型掺杂的区域移动，电子可以朝向n型掺杂的区域移动并在n型掺杂的区域中积累。如果传递晶体管Tx导通，则电荷(例如，电子)可以被传递到浮置扩散区域FD并在浮置扩散区域FD中积累。源极跟随晶体管Sx的栅极偏压可以与浮置扩散区域FD中积累的电荷量成比例地改变，这会引起源极跟随晶体管Sx的源极电位的改变。此时，如果选择晶体管Ax导通，则可以将电子的数量读出为将要通过列线传输的信号。
图2是根据本发明构思的一些实施例的图像传感器的布局图。图3是沿着图2的线A-A'截取的剖视图。如图2和图3中所示，基底3可以被设置为包括多个单元像素区域UP。在不脱离本发明构思的范围的情况下，基底3可以是硅晶片、绝缘体上硅(SOI)基底或半导体外延层。基底3可以包括彼此背对的前表面3a和背侧表面3b。光可以入射到背侧表面3b。多个电路可以设置在前表面3a上。单元像素区域UP可以通过背侧深沟槽52彼此分开。背侧深沟槽52可以从背侧表面3b朝向前表面3a部分地穿入基底3。在平面图中，在一些实施例中背侧深沟槽52可以形成为具有类似网格或栅格的形状。光电转换区域PD可以在通过背侧深沟槽52彼此分开的每个单元像素区域UP中位于基底3上。光电转换区域PD可以被设置为与背侧表面3b相邻。阱区域PW可以置于光电转换区域PD下面，并且与前表面3a相邻。阱区域PW可以掺杂有与光电转换区域PD的杂质的导电类型不同的杂质。例如，光电转换区域PD可以掺杂有n型杂质。阱区域PW可以掺杂有p型杂质。
浅器件隔离层13可以设置在前表面3a中，以在每个单元像素区域UP中限定有源区域。在前表面3a处，传递栅极TG和浮置扩散区域FD可以设置在没有形成浅器件隔离层13的有源区域上。传递栅极TG可以具有竖直的形状，该竖直的形状包括在基底3内部部分地延伸的延伸部。换言之，传递栅极TG可以具有仅设置在前表面3a上的平坦的形状。晶体管15可以在有源区域上设置在与传递栅极TG分隔开的位置处。晶体管15可以与图1的源极跟随晶体管Sx、复位晶体管Rx和选择晶体管Ax中的至少一个相对应。中间介电层17和多层线19可以设置在前表面3a上。中间介电层17可以被第一钝化层21覆盖。
背侧深沟槽52的底表面52x可以与浅器件隔离层13的顶表面13u和底表面13b分隔开。背侧深沟槽52的底表面52x和侧壁可以被负的固定电荷层23共形地覆盖。负的固定电荷层23可以穿入基底3，从而从背侧表面3b延伸到浅器件隔离层13的内部。负的固定电荷层23的底表面和下部的侧壁可以接触浅器件隔离层13。负的固定电荷层23可以延伸为覆盖背侧表面3b。负的固定电荷层23可以是包含的氧的量比化学计量比少的金属氧化物层。因此，负的固定电荷层23可以具有负的固定电荷。负的固定电荷层23可以是包括铪(Hf)、锆(Zr)、铝(Al)、钽(Ta)、钛(Ti)、钇(Y)和镧系元素中的至少一种的金属氧化物层。
负的固定电荷层23可以被设置为围绕光电转换区域PD。由于负的固定电荷层23具有负的固定电荷，因此在基底3的接触负的固定电荷层23的表面周围会发生空穴积累。这样，在黑暗状态下产生的电子(即，暗电流)会移动到空穴中与空穴结合，从而可以降低暗电流的可能性。因此，这样可以降低出现白点的可能性。
杂质掺杂区域5可以设置成在基底3上与背侧深沟槽52的侧壁相邻。杂质掺杂区域5可以掺杂有与光电转换区域PD的杂质的导电类型不同的杂质。杂质掺杂区域5可以被掺杂为具有与阱区域PW相同的导电类型和比阱区域PW的掺杂浓度高的掺杂浓度。背侧深沟槽52可以填充有填充绝缘层25。填充绝缘层25可以延伸为覆盖基底3的背侧表面3b。填充绝缘层25可以由氧化硅基材料形成。负的固定电荷层23和背侧深沟槽52内的填充绝缘层25可以构成深器件隔离层11并使单元像素区域UP彼此分开。为了改善光敏性，深器件隔离层11可以具有例如2.0μm或以上的深度。在一些实施例中，深器件隔离层可以具有3.0μm或以上的深度。
填充绝缘层25可以被第二钝化层27覆盖。第一钝化层21和第二钝化层27均可以包括氮化硅层和聚酰亚胺层中的至少一种。在每个单元像素区域UP中，滤色器29和微透镜31可以顺序地堆叠在第二钝化层27上。滤色器29可以是以矩阵形式布置的滤色器阵列的一部分。在一些实施例中，滤色器阵列可以被设置为形成包括红滤色器、绿滤色器和蓝滤色器的拜耳模式(Bayer pattern)。在其他实施例中，滤色器阵列可以被构造为包括黄滤色器、品红滤色器和青滤色器。在某些实施例中，滤色器阵列还可以包括白滤色器。
图4至图14是示出根据一些实施例在制造图3的图像传感器中的加工步骤的剖视图。首先参照图4，可以将基底3设置为包括多个单元像素区域UP。基底3可以包括彼此背对的前表面3a和背侧表面3b。基底3可以是半导体晶片或半导体外延层。
如图5中所示，可以对基底3执行离子注入工艺，以在每个像素区域UP中形成光电转换区域PD和阱区域PW。可以用例如n型杂质来掺杂光电转换区域PD。可以用例如p型杂质来掺杂阱区域PW。然而，将理解的是，本发明构思的实施例不限于这种构造。
可在基底3上形成第一掩模图案M1以覆盖每个单元像素区域UP。可使用第一掩模图案M1作为蚀刻掩模来蚀刻基底3，以形成前深沟槽51。可在相邻的单元像素区域UP之间形成前深沟槽51以使单元像素区域UP彼此分开。前深沟槽51可包括与基底3的背侧表面3b分隔开的底表面52x。
参照图6，可以执行离子注入工艺和等离子体辅助掺杂工艺中的至少一种工艺，以在基底3上与前深沟槽51的侧壁和底部相邻地形成杂质掺杂区域5。杂质掺杂区域5可以掺杂有例如p型杂质。
参照图7，可以去除第一掩模图案M1。可以在基底3的前表面3a上共形地形成绝缘衬垫(insulation liner)和多晶硅层，以填充前深沟槽51。在此之后，可以执行平坦化工艺，以在前深沟槽51中形成绝缘衬垫图案7和多晶硅图案9。绝缘衬垫图案7和多晶硅图案9可以由氧化物基材料形成。绝缘衬垫图案7和多晶硅图案9可以构成初始深器件隔离层10。初始深器件隔离层10可以限定每个单元像素区域UP。
参照图8，可以将基底3的前表面3a图案化以形成浅沟槽，然后利用浅器件隔离层13来填充浅沟槽，以限定有源区域。浅器件隔离层13可以由氧化硅基材料形成。浅器件隔离层13可以形成为与前深沟槽51叠置。可以在前表面3a上形成传递栅极TG、浮置扩散区域FD和晶体管15。
参照图9，可以在基底3的前表面3a上形成线19、中间介电层17和第一钝化层21。
参照图10，可以将基底3以这样的方式翻转：背侧表面3b面向上方。可以执行平坦化工艺来去除基底3的一部分，以暴露多晶硅图案9和绝缘衬垫图案7。
参照图11，可以在基底3的背侧表面3b上形成第二掩模图案M2。第二掩模图案M2可以形成为覆盖基底3并暴露多晶硅图案9和绝缘衬垫图案7。
参照图12，可以选择性地去除被第二掩模图案M2暴露的多晶硅图案9。可以执行蚀刻工艺(例如，各向同性蚀刻工艺)来选择性地去除多晶硅图案9。因此，可以暴露绝缘衬垫图案7的侧壁和浅器件隔离层13的顶表面13u。
参照图13，可以选择性地去除绝缘衬垫图案7以形成背侧深沟槽52。背侧深沟槽52可以形成为与前深沟槽51叠置，并且从背侧表面3b朝向前表面3a进一步延伸。可以通过各向同性蚀刻工艺去除绝缘衬垫图案7。在去除绝缘衬垫图案7的过程中，也可以去除具有与绝缘衬垫图案7的材料相同的材料的浅器件隔离层13的一部分。背侧深沟槽52的底表面52x可以与浅器件隔离层13的顶表面13u和底表面13b分隔开。根据本发明构思的一些实施例，形成背侧深沟槽52，因而，能够减小背侧深沟槽52位置失配的可能性，或者能够防止背侧深沟槽52的位置失配。因此，根据这里讨论的一些实施例可以改善工艺良率并且可以降低制造成本。
参照图14，可以在基底3的背侧表面3b上共形地沉积负的固定电荷层23。可以利用化学沉积工艺或原子层沉积工艺来形成负的固定电荷层23。负的固定电荷层23可以是包含的氧的量比化学计量比少的金属氧化物层。负的固定电荷层23可以由包括铪(Hf)、锆(Zr)、铝(Al)、钽(Ta)、钛(Ti)、钇(Y)和/或镧系元素的金属氧化物层形成。在形成负的固定电荷层23之后，可以在用于形成负的固定电荷层23的温度或低于该温度下执行随后的工艺。例如，可以在大约200℃或更低的温度执行随后的工艺。结果，能够实现这样的情况：负的固定电荷层23保持比化学计量比少的氧量并且具有负的固定电荷。
可以在基底3的背侧表面3b上形成填充绝缘层25以填充背侧深沟槽52。可以在填充绝缘层25上形成第二钝化层27。如图3中所示，可以在每个单元像素区域UP上顺序地形成滤色器29和微透镜31。
将理解的是，在制造图像传感器时可以能够改变加工步骤的顺序。另外，初始深器件隔离层10可以由单个牺牲层形成。根据一些实施例，使用初始深器件隔离层10作为牺牲层来形成背侧深沟槽52。结果，能够减小背侧深沟槽52位置失配的可能性，或者能够防止背侧深沟槽52的位置失配，从而改善工艺良率并降低制造成本。
现在参照图15，将讨论示出根据本发明构思的一些实施例的图像传感器的剖视图。除了如下面讨论的之外，图15的图像传感器可以被构造为具有与图3的图像传感器的特征基本相似的特征。因此，为了有利于简洁，这里将不再讨论上面关于图3讨论过的细节。
如图15中所示，深沟槽51和52的一部分可以填充有剩余的多晶硅图案9a和剩余的绝缘衬垫图案7a，然后，可以在剩余的多晶硅图案9a和剩余的绝缘衬垫图案7a上形成负的固定电荷层23和填充绝缘层25。换言之，设置在深沟槽51和52中的剩余的多晶硅图案9a、剩余的绝缘衬垫图案7a、负的固定电荷层23和填充绝缘层25可以构成深器件隔离层11a。
在图15的图像传感器中，负的固定电荷层23可以围绕光电转换区域PD的顶表面和一部分侧壁，从而能够减小暗电流并减少白点。由于剩余的多晶硅图案9a具有与基底3中的硅的热膨胀系数基本相似的热膨胀系数，因此能够减小由包括在图像传感器中的材料的热膨胀之间的差异产生的物理应力。
图16和图17是示出在制造图15的图像传感器中的加工步骤的剖视图。首先参照图16，在如图11所示形成暴露多晶硅图案9和绝缘衬垫图案7的第二掩模图案M2之后，可以去除多晶硅图案9的一部分而留下剩余的多晶硅图案9a。
如图17中所示，可以去除第二掩模图案M2。可以去除绝缘衬垫图案7的一部分而留下剩余的绝缘衬垫图案7a，从而形成背侧深沟槽52。背侧深沟槽52可以形成为与前深沟槽51叠置。可以通过背侧深沟槽52的底表面52x来暴露剩余的多晶硅图案9a和剩余的绝缘衬垫图案7a。
在此之后，如图15中所示，可以在基底3的背侧表面3b上共形地沉积负的固定电荷层23。可以按照与关于图14描述的方式相同或相似的方式来执行随后的工艺。
现在参照图18，将讨论示出根据发明构思的一些实施例的图像传感器的剖视图。除了如下面讨论的之外，图18的图像传感器可以被构造为具有与图3的图像传感器的特征基本相似的特征。因此，为了有利于简洁，这里将不再进一步讨论上面关于图3讨论过的细节。
如图18中所示，可以不形成浅器件隔离层13，而可以在基底3的前表面3a上设置沟道停止层14。沟道停止层14可以掺杂有导电性与光电转换区域PD和浮置扩散区域FD的导电性不同的杂质。可以将沟道停止层14掺杂为具有与阱区域PW的导电类型相同的导电类型和比阱区域PW的掺杂浓度高的掺杂浓度。负的固定电荷层23可以具有伸出前表面3a的底部。
图19至图21是示出制造图18的图像传感器的加工步骤的剖视图。首先参照图19，可以在基底3的前表面3a上形成沟道停止层14，以限定如上面关于图8讨论的有源区域。可以通过离子注入工艺来形成沟道停止层14。可以在前表面3a上形成传递栅极TG、浮置扩散区域FD和晶体管15。
参照图20，可以在前表面3a上形成线19、中间介电层17和第一钝化层21。可以按这样的方式将基底3翻转：背侧表面3b面向上方。可以去除基底3的一部分以暴露多晶硅图案9和绝缘衬垫图案7。可以在背侧表面3b上形成第二掩模图案M2。可以选择性地去除没有被第二掩模图案M2覆盖的暴露的多晶硅图案9。因此，可以暴露中间介电层17。
参照图21，可以去除第二掩模图案M2。可以选择性地去除绝缘衬垫图案7以形成背侧深沟槽52a。由于中间介电层17由与绝缘衬垫图案7相同的氧化硅基材料形成，因此也可以与绝缘衬垫图案7一起去除中间介电层17的一部分。结果，背侧深沟槽52a的底表面52x可以具有比前表面3a低的平面。
再次参照图18，可以形成负的固定电荷层23和填充绝缘层25。随后的工艺可以与上面参照图14讨论的工艺基本相似，因此，为了有利于简洁，在这里将不进行重复。
现在参照图22，将讨论示出根据发明构思的一些实施例的图像传感器的剖视图。除了如下面讨论的之外，图22的图像传感器可以被构造为具有与图18的图像传感器的特征基本相似的特征。因此，为了有利于简洁，这里将不再进一步讨论上面关于图18讨论过的细节。
如图22中所示，可以在基底3的前表面3a上设置蚀刻停止层16。负的固定电荷层23可以包括与蚀刻停止层16接触并且与前表面3a在同一平面上的底表面。
现在参照图23，将讨论示出在制造图22的图像传感器中的加工步骤的剖视图。如图23中所示，可以在基底3的前表面3a上形成蚀刻停止层16。蚀刻停止层16可以由相对于绝缘衬垫图案7具有蚀刻选择性的材料形成。例如，蚀刻停止层16可以由氮化硅层形成。当如图20中所示选择性地去除多晶硅图案9时，可以暴露蚀刻停止层16而不会暴露中间介电层17。蚀刻停止层16可以减小在去除绝缘衬垫图案7时中间介电层17将被蚀刻的可能性。除上述之外的其他工艺可以与参照图19至图21描述的工艺基本相似。
现在参照图24，将讨论示出根据发明构思的一些实施例的图像传感器的剖视图。除了如下面讨论的之外，图24的图像传感器可以被构造为具有与图3的图像传感器的特征基本相似的特征。因此，为了有利于简洁，这里将不再进一步讨论上面关于图3讨论过的细节。如图24中所示，图像传感器可以不包括图3中的杂质掺杂区域5。
现在参照图25，将讨论示出根据发明构思的一些实施例的图像传感器的剖视图。如图25中所示，可以在背侧深沟槽52中设置气隙区域AG。负的固定电荷层23、填充绝缘层25和气隙区域AG可以构成深器件隔离层11d。
可以通过具有差的台阶覆盖率的沉积工艺来制造图25的图像传感器。因此，填充绝缘层25不会完全填充背侧深沟槽52的狭窄空间，从而可以形成气隙区域AG。除上述之外的其他工艺可以与参照图3至图14描述的工艺基本相似。
现在参照图26，将讨论示出根据发明构思的一些实施例的图像传感器的剖视图。如图26中所示，背侧深沟槽52的底表面52x可以包括具有两个相连的凹入部的弯曲形状。负的固定电荷层23可以共形地覆盖弯曲的底表面52x。因此，填充绝缘层25可以包括具有倒置的Y形状的下部。可以在与图13的步骤处的工艺条件不同的工艺条件下形成背侧深沟槽52的弯曲的底表面52x。除上述之外的其他工艺可以与参照图3至图14描述的工艺基本相似。
现在参照图27，将讨论示出根据发明构思的一些实施例的具有图像传感器的电子装置的框图。电子装置可以是各种类型的装置中的任一种，例如数码相机或移动装置。如图27中所示，示意性数码相机系统包括图像传感器100、处理器230、存储器300、显示装置410和总线500。如图27中所示，图像传感器100在处理器230的控制下捕获外部图像，并通过总线500将相应的图像数据提供给处理器230。处理器230可以通过总线500将图像数据储存在存储器300中。处理器230还可以将储存在存储器300中的图像数据输出，例如，用于在显示装置410上显示。
图28至图32示出多媒体装置的示例，根据发明构思的一些实施例的图像传感器能够应用于这些多媒体装置。根据发明构思的一些实施例的图像传感器能够应用于具有成像功能的各种多媒体装置。例如，根据发明构思的示例实施例的图像传感器可应用于如图28中所示的移动电话或智能电话2000、如图29中所示的平板PC或智能平板PC 3000、如图30中所示的膝上型计算机4000、如图31中所示的电视或智能电视5000以及如图32中所示的数码相机或数码摄像机6000。
根据本发明构思的示例实施例，图像传感器可以包括与光电转换区域的侧壁和底表面相邻的负的固定电荷层。负的固定电荷层可以具有负的固定电荷，使得在负的固定电荷层的周围可以发生空穴积累。因此，能够有效地减小出现暗电流和白点的可能性。
在一些实施例中，图像传感器的多晶硅图案设置在深器件隔离层中并且具有与构成基底的硅的热膨胀系数基本相似的热膨胀系数。因此，能够减小由包括在图像传感器中的材料的热膨胀之间的差异产生的物理应力。
在一些实施例中，图像传感器的气隙位于深器件隔离层中。因此，能够改善串扰特性。
在一些实施例中，图像传感器的深器件隔离层设置在单元像素区域之间以使单元像素区域彼此分开，从而可以控制串扰特性的出现。结果，能够增强色彩再现性质。
一些实施例提供了在制造图像传感器中的加工步骤，其中，利用初始深器件隔离层作为牺牲层来形成深沟槽。因此，能够减小深沟槽的位置失配的可能性，或者能够防止深沟槽的位置失配。因此，能够改善工艺良率并降低制造成本。
虽然已经结合在附图中示出的实施例描述了本发明构思，但是本发明构思不限于此。本领域技术人员将清楚的是，在不脱离发明构思的范围和精神的情况下，可以对实施例进行各种替换、修改和变化。

Claims (21)

1.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
基底，限定多个像素区域，基底具有第一表面和背对第一表面的第二表面，其中，基底的第二表面被构造为接收入射在其上的光，其中，基底限定从基底的第二表面朝向基底的第一表面延伸并且使所述多个像素区域彼此分开的深沟槽；
光电转换区域，位于基底的所述多个像素区域中的每个像素区域中；
栅电极，位于光电转换区域上；
负的固定电荷层，覆盖深沟槽的侧壁的至少一部分和基底的第二表面；以及
浅器件隔离层，位于基底的第一表面上，其中，浅器件隔离层限定每个像素区域中的有源区域，其中，负的固定电荷层接触浅器件隔离层。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，负的固定电荷层包括金属氧化物层，所述金属氧化物层包括镧系元素、铪、锆、铝、钽、钛、和钇中的一种或更多种。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，负的固定电荷层包括具有铪的金属氧化物层。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，在基底的第一表面上的栅电极朝向基底的第二表面延伸。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，负的固定电荷层包括与浅器件隔离层的顶表面和底表面中的至少一个表面分隔开的底表面。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，负的固定电荷层的底表面和下部侧壁接触浅器件隔离层。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，负的固定电荷层延伸到浅器件隔离层的内部。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括在深沟槽中接触负的固定电荷层并且朝向基底的第二表面延伸的填充绝缘层。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括位于深沟槽中的气隙区域。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括位于深沟槽中的多晶硅图案，其中，负的固定电荷层接触多晶硅图案。
11.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
沟道停止层，与基底的第一表面相邻并且限定每个像素区域中的有源区域；
中间介电层，覆盖基底的第一表面，其中，负的固定电荷层接触中间介电层。
12.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
沟道停止层，与基底的第一表面相邻并且限定每个像素区域中的有源区域；
中间介电层，覆盖基底的第一表面；
蚀刻停止层，位于基底的第一表面和中间介电层之间，其中，负的固定电荷层接触蚀刻停止层。
13.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
多晶硅图案，位于深沟槽下面；
绝缘衬垫图案，填充多晶硅图案和深沟槽的下部侧壁之间的空间，其中，负的固定电荷层接触多晶硅图案的顶表面和绝缘衬垫图案的顶表面。
14.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括位于基底上与深沟槽的侧壁相邻的杂质掺杂区域。
15.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，深沟槽包括位于浅器件隔离层中的底表面，深沟槽的底表面具有弯曲的形状。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，负的固定电荷层覆盖深沟槽的侧壁和底表面，其中，图像传感器还包括填充深沟槽的填充绝缘层，填充绝缘层在深沟槽中具有倒置的Y形状。
17.一种制造图像传感器的方法，所述方法包括：
提供基底，所述基底限定多个像素区域并且具有第一表面和背对第一表面的第二表面，其中，第二表面被构造为接收入射在其上的光；
在基底中形成初始深器件隔离层，以限定所述多个像素区域；
在基底的每个像素区域中，形成光电转换区域；
在基底的第一表面上形成晶体管和线层；
在基底的第二表面处暴露初始深器件隔离层；
去除初始深器件隔离层的至少一部分，以在基底中形成深沟槽；
形成覆盖基底的第二表面和深沟槽的侧壁的负的固定电荷层。
18.根据权利要求17所述的方法，所述方法还包括：在形成负的固定电荷层的步骤之后，在基底的第二表面上形成填充绝缘层。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，形成填充绝缘层的步骤包括形成在深沟槽内部延伸以填充深沟槽的填充绝缘层。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，形成填充绝缘层的步骤包括在与用于形成固定电荷层的温度基本相似的温度下，或者在比用于形成负的固定电荷层的温度低的温度下，形成填充绝缘层。
21.根据权利要求17所述的方法，所述方法还包括：在形成负的固定电荷层的步骤之后，在深沟槽中形成气隙区域。
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