CN109671731A - 图像传感器 - Google Patents

图像传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN109671731A
CN109671731A CN201811182487.4A CN201811182487A CN109671731A CN 109671731 A CN109671731 A CN 109671731A CN 201811182487 A CN201811182487 A CN 201811182487A CN 109671731 A CN109671731 A CN 109671731A
Authority
CN
China
Prior art keywords
separation layer
substrate
groove
layer
grid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811182487.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109671731B (zh
Inventor
罗承柱
韩东敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of CN109671731A publication Critical patent/CN109671731A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109671731B publication Critical patent/CN109671731B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H01L27/14614—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor having a special gate structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14689—MOS based technologies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14692—Thin film technologies, e.g. amorphous, poly, micro- or nanocrystalline silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

一种图像传感器包括：基板，其包括相反的第一表面和第二表面；在基板的第一表面上的第一栅极和第二栅极，第一栅极和第二栅极的每个在第一方向上延伸；第一隔离层，其在第一栅极与第二栅极之间位于基板中，并在交叉第一方向的第二方向上具有第一宽度；第二隔离层，其在基板中位于第一隔离层上，并在第二方向上具有小于第一宽度的第二宽度。第二隔离层比第一隔离层更靠近基板的第二表面。第一隔离层与第二隔离层之间的垂直距离是第一隔离层的高度的1/3或更小。

Description

图像传感器
技术领域
本公开的示例实施方式涉及图像传感器。
背景技术
图像传感器是用于将光学图像转换成电信号的图像器件。图像传感器分为电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)。CIS包括二维布置的多个像素。每个像素包括光电二极管(PD)。光电二极管被配置为将入射光转换成电信号。
随着计算机和通信产业的发展，例如数码相机、便携式摄像机、个人通信系统(PCS)、游戏设备、安保摄像头、医疗微型相机或机器人的各种设备中强烈需要高性能图像传感器。这样的图像传感器也被高度集成。
发明内容
根据本发明构思的示例实施方式，一种图像传感器可以包括：包括第一表面和第二表面的基板；在基板的第一表面上的第一栅极和第二栅极，其中第一栅极和第二栅极每个在第一方向上延伸；在第一栅极与第二栅极之间位于基板中的第一隔离层，其中第一隔离层在交叉第一方向的第二方向上具有第一宽度；以及在基板中位于第一隔离层上的第二隔离层，其中在第二方向上，第二隔离层具有小于第一宽度的第二宽度，其中第二隔离层比第一隔离层更靠近基板的第二表面，以及其中第一隔离层与第二隔离层之间的垂直距离是第一隔离层的高度的1/3或更小。
根据本发明构思的示例实施方式，一种图像传感器可以包括：包括彼此相反设置的第一表面和第二表面的基板；在基板的第一表面上的第一栅极和第二栅极，其中第一栅极和第二栅极每个在第一方向上延伸；在第一栅极与第二栅极之间位于基板中的第一沟槽，其中第一沟槽在交叉第一方向的第二方向上具有第一宽度，并在垂直于第一方向和第二方向的第三方向上具有第一深度；在基板中的第二沟槽，其中在第二方向上，第二沟槽具有小于第一宽度的第二宽度，以及其中第二沟槽垂直地重叠第一沟槽；在第一沟槽中的第一隔离层；以及在第二沟槽中的第二隔离层，其中第二隔离层包括与第一隔离层的材料不同的材料，以及其中第一隔离层与第二隔离层之间的垂直距离是第一沟槽的第一深度的1/3或更小。
根据本发明构思的示例实施方式，一种图像传感器可以包括：包括彼此相反设置的第一表面和第二表面的基板；在基板中的光电转换元件；在基板的第一表面上彼此间隔开的第一栅极和第二栅极；在第一栅极与第二栅极之间位于基板中的第一隔离层；在基板中的第二隔离层，其中第二隔离层包括多晶硅，以及其中第二隔离层垂直地重叠第一隔离层，并且比第一隔离层更靠近基板的第二表面；以及在基板的第二表面上的微透镜，其中第一隔离层与第二隔离层之间的垂直距离是第一隔离层的高度的1/3或更小。
附图说明
图1示出根据示例实施方式的图像传感器的框图。
图2是图1的传感器阵列的等效电路图。
图3示出根据示例实施方式的图像传感器。
图4是图3的部分A的放大图。
图5至17示出根据示例实施方式的制造图像传感器的方法。
图18示出根据示例实施方式的图像传感器。
图19是图18的部分B的放大图。
图20示出根据示例实施方式的图像传感器。
图21示出根据示例实施方式的图像传感器。
图22示出根据示例实施方式的图像传感器。
图23示出根据示例实施方式的图像传感器。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更全面地描述各种示例实施方式。相同的附图标记在本申请通篇可以指代相同的元件。
图1示出根据示例实施方式的图像传感器的框图。
参照图1，根据本发明构思的示例实施方式的图像传感器包括有源像素传感器阵列10、时序发生器20、行解码器30、行驱动器40、相关双采样器(CDS)50、模数转换器(ADC)60、锁存单元70、列解码器80。
有源像素传感器阵列10可以包括二维布置的多个单位像素。单位像素可以包括光电转换元件。单位像素可以被配置为将光学图像转换成电输出信号。
有源像素传感器阵列10可以通过接收多个驱动信号(例如，从行驱动器40提供的行选择信号、复位信号和/或载波传输信号)而被操作。转换的电输出信号可以通过垂直信号线传输到相关双采样器50。
时序发生器20可以向行解码器30和列解码器80提供时序信号和控制信号。
行驱动器40可以取决于行解码器30所解码的结果而向有源像素传感器阵列10提供多个驱动信号以驱动单位像素。当单位像素按行和列布置时，驱动信号可以被提供给每行或每列中的单位像素。
通过经由垂直信号线接收来自有源像素传感器阵列10的输出信号，相关双采样器50可以保持并采样。例如，输出信号的某个噪声电平和信号电平可以在相关双采样器50中进行双采样，以输出与该噪声电平和信号电平之差相对应的差值电平。
模数转换器60可以将与差值电平对应的模拟信号转换成数字信号并输出该数字信号。
锁存单元70可以锁存数字信号，并根据列解码器80所解码的结果而将锁存的信号顺序地输出到图像信号处理单元。
图2是图1的传感器阵列的等效电路图。
参照图2，有源像素传感器阵列10由按行和列布置的像素P构成。每个像素P包括光电转换元件11、浮置扩散区13、电荷传输元件15、驱动元件17、复位元件18和选择元件19。其功能将使用第i行中的像素P(i,j)、P(i,j+1)、P(i,j+2)、P(i,j+3)、……作为示例进行描述。
光电转换元件11可以通过接收入射光而累积与光的量对应的电荷。光电转换元件可以包括光电二极管、光电晶体管、光门、钉扎光电二极管或其组合。光电二极管在图2中作为示例示出。
光电转换元件11可以联接到电荷传输元件15，以将累积的电荷传输到浮置扩散区13。
因为将电荷转换成电压的浮置扩散区13具有寄生电容，所以电荷可以累积地存储在其中。
示出为源极跟随器放大器的驱动元件17可以放大从光电转换元件11接收累积的电荷的浮置扩散区13的电位变化，并将放大的变化输出到输出线Vout。
复位元件18可以周期性地重置浮置扩散区13。复位元件18可以由一个金属氧化物半导体(MOS)晶体管形成，该金属氧化物半导体(MOS)晶体管由施加预定的偏置(例如复位信号)的复位线RX(i)所提供的偏置驱动。当复位元件18通过复位线RX(i)所提供的偏置导通时，提供给复位元件18的漏极的预定电位(例如电源电压(VDD))可以被传输到浮置扩散区13。
选择元件19可以被配置为逐行地选择将要读取的像素P。选择元件19可以由一个MOS晶体管形成，该MOS晶体管由行选择线SEL(i)所提供的偏置(例如行选择信号)驱动。当选择元件19通过行选择线SEL(i)所提供的偏置导通时，提供给选择元件19的漏极的预定电位(例如电源电压VDD)可以被传输到驱动元件17的漏极。
向电荷传输元件15施加偏置的传输线TX(i)、向复位元件18施加偏置的复位线RX(i)、以及向选择元件19施加偏置的行选择线SEL(i)可以布置为基本上平行于行方向延伸。
图3示出根据示例实施方式的图像传感器。图4是图3的部分A的放大图。
参照图3和4，根据本发明构思的示例实施方式的图像传感器包括基板100、光电转换元件(PD)、绝缘层105、绝缘结构110、第一栅极115、第二栅极116、第三栅极117、第一隔离层120、第二隔离层130、第三隔离层125、第一沟槽钝化层135、钝化层138、平坦化层140、滤色器150和微透镜160。
基板100可以包括彼此相反的第一表面100a和第二表面100b。基板100的第一表面100a可以是前侧。基板100的第二表面100b可以是后侧。
基板100可以是P型或N型体基板、在P型体基板上包括P型或N型外延层的基板、或者在N型体基板上包括P型或N型外延层的基板。在一些实施方式中，基板100可以是有机塑料基板。
光电转换元件PD(例如光电二极管)可以设置在基板100中。光电转换元件PD可以与基板100的第一表面100a相邻设置，但本发明构思不限于此。
第一栅极115、第二栅极116和第三栅极117可以在基板100的第一表面100a上彼此间隔开地设置。第一至第三栅极115、116和117的每个可以在平行于基板100的第一表面100a的第一方向DR1上延伸。第一至第三栅极115、116和117的每个可以是例如图2所示的电荷传输元件15的栅极、复位元件18的栅极和驱动元件17的栅极之一。
虽然如图3所示，三个栅极设置在基板100的第一表面100a上，但本发明构思不限于此。
虽然如图3所示，第一至第三栅极115、116和117设置在基板100的第一表面100a上，但本发明构思不限于此。在一些实施方式中，第一至第三栅极115、116和117的每个可以设置或掩埋在基板100中。
绝缘结构110可以设置在第一表面100a即基板100的前侧上。绝缘结构110可以包括金属线114和覆盖金属线114的绝缘夹层112。
绝缘夹层112可以包括例如硅氧化物、硅氮化物、硅氮氧化物、低k电介质材料或其组合。
金属线114可以包括例如铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、钴(Co)和/或钌(Ru)，但本发明构思不限于此。
金属线114可以包括多个堆叠的金属线。虽然如图3所示，金属线114包括顺序地堆叠在基板100上的三个金属线，但本发明构思不限于此。
绝缘层105可以设置在基板100的第一表面100a与绝缘结构110之间。绝缘层105可以设置在基板100的第一表面100a上以覆盖第一至第三栅极115、116和117。绝缘层105可以包括例如硅氧化物、硅氮化物、硅氮氧化物、低k电介质材料或其组合。
钝化层138可以设置在基板100的第二表面100b即后侧上。钝化层138可以沿着基板100的第二表面100b延伸。例如，钝化层138可以接触基板100，即基板100的第二表面100b。钝化层138可以包括例如高k电介质材料。钝化层138可以包括非晶结构的材料。例如，钝化层138中包括的高k电介质材料的至少一部分可以具有非晶结构。然而，本发明构思不限于此。
滤色器150可以设置在钝化层138上。滤色器150可以设置在基板100的第二表面100b上以及在钝化层138与微透镜160之间。滤色器150可以包括红色滤色器、绿色滤色器和蓝色滤色器。
微透镜160可以设置在钝化层138上。微透镜160可以设置在顺序地堆叠于基板100的第二表面100b上的钝化层138和滤色器150上。微透镜160可以包括例如光敏树脂的有机材料或者无机材料。
平坦化层140可以设置在钝化层138与滤色器150之间。平坦化层140可以包括例如硅氧化物、硅氮化物、树脂或其组合。虽然如图3所示，平坦化层140由单层形成，但本发明构思不限于此。
第一隔离层120可以在第一栅极115与第二栅极116之间位于基板100中。此外，第一隔离层120可以在第二栅极116与第三栅极117之间位于基板100中。第一隔离层120可以设置在基板100的第一表面100a中的第一沟槽T1内。第一隔离层120的下表面120b可以接触绝缘层105。
虽然如图3和4所示，第一隔离层120完全填充第一沟槽，但本发明构思不限于此。此外，虽然如图3和4所示，第一隔离层120的上表面120a的第一宽度W1和下表面120b的宽度不同，但本发明构思不限于此。第一隔离层120的下表面120b可以靠近基板100的第一表面100a。第一隔离层120的上表面120a可以与基板100的第一表面100a和第二表面100b间隔开。
第一隔离层120可以包括例如硅氧化物、硅氮化物、硅碳化物、硅氧碳化物、硅氮氧化物和/或硅氧碳氮化物。
第二隔离层130可以在第一栅极115与第二栅极116之间以及在第二栅极116与第三栅极117之间设置于基板100中。第二隔离层130可以设置在第一隔离层120上。第二隔离层130可以垂直地重叠第一隔离层120。第二隔离层130可以在垂直于基板100的第一表面100a的第三方向DR3上延伸。第三方向DR3可以垂直于第一方向DR1和交叉第一方向DR1的第二方向DR2两者。第二隔离层130可以设置在第一沟槽T1上的第二沟槽T2中。第二沟槽T2的侧壁可以从第一沟槽T1延伸至基板100的第二表面100b。在一些实施方式中，第二沟槽T2可以与基板100的第二表面100b间隔开。
第二隔离层130的侧壁可以沿着第二沟槽T2的侧壁延伸至基板100的第二表面100b。第二隔离层130可以具有靠近基板100的第二表面100b的上表面130a、以及与基板100的第二表面100b间隔开的下表面130b。在一些实施方式中，第二隔离层130的上表面130a可以与基板100的第一表面100a和第二表面100b间隔开。
第二隔离层130可以包括与第一隔离层120的材料不同的材料。第二隔离层130可以包括具有改善的间隙填充性质的材料，例如多晶硅。然而，本发明构思不限于此。
第二隔离层130的下表面130b可以比第一隔离层120的上表面120a更靠近基板100的第二表面100b。因此，可以减小包括多晶硅的第二隔离层130与第一至第三栅极115、116和117的每个之间的电耦合。
第一沟槽钝化层135可以设置在第二沟槽T2中。第一沟槽钝化层135可以设置在第二隔离层130的侧壁与第二沟槽T2的侧壁之间(或者在第二隔离层130与基板100之间)以及在第二隔离层130与钝化层138之间。第一沟槽钝化层135可以覆盖第二隔离层130的侧壁和上表面130a。
虽然如图3和4所示，第一沟槽钝化层135沿第二沟槽T2的内表面共形地延伸，但本发明构思不限于此。
第一沟槽钝化层135可以包括与钝化层138相同的材料，例如高k电介质材料。在一些实施方式中，第一沟槽钝化层135可以包括与钝化层138的材料不同的材料。
第三隔离层125可以在第一隔离层120与第二隔离层130之间设置于第二沟槽T2中。第三隔离层125可以在第一隔离层120的上表面120a与第二隔离层130的下表面130b之间以及在第一隔离层120的上表面120a与第一沟槽钝化层135的下表面之间设置于第二沟槽T2中。
虽然如图3和4所示，第二隔离层130的下表面130b和第一沟槽钝化层135的下表面共平面，但本发明构思不限于此。
第三隔离层125可以包括与第一隔离层120的材料相同的材料，例如硅氧化物、硅氮化物、硅碳化物、硅氧碳化物、硅氮氧化物和/或硅氧碳氮化物。
第二隔离层130的下表面130b在第二方向DR2上的第二宽度W2可以小于第一隔离层120的上表面120a在第二方向DR2上的第一宽度W1。
第三隔离层125在第二方向DR2上的第三宽度W3可以小于第一隔离层120的上表面120a的第一宽度W1且大于第二隔离层130的第二宽度W2。
第二沟槽T2在第二方向DR2上的第二宽度TW2可以小于第一沟槽T1的(离基板100的第一表面100a最远的)表面在第二方向DR2上的第一宽度TW1。
第一沟槽T1在第三方向DR3上的第一深度(或高度)H1可以是第三隔离层125在第三方向DR3上的第二深度(或高度)的三倍以上。例如，第一沟槽T1中的第一隔离层120可以具有第一深度(或高度)H1，第一深度(或高度)H1是第一隔离层120的上表面120a与第二隔离层130的下表面130b之间的距离(即第二高度H2)的三倍以上。
当在此使用时，表述“第一深度H1是第二高度H2的三倍以上”意思是，第一隔离层120的上表面120a与第二隔离层130的下表面130b之间的距离(深度或高度差)H2是零至第一隔离层120的第一深度H1的1/3。
在一些实施方式中，第一深度H1可以是第二深度H2的三倍。在一些实施方式中，第二深度H2可以为零。
由于第二高度H2是第一高度H1的1/3或更小，因此可以改善第二沟槽T2中的间隙填充余量。
虽然以上描述了第一隔离层120和第二隔离层130设置在图像传感器的基板100中，但本发明构思不限于此。在一些实施方式中，根据本发明构思的隔离层可以设置在包括鳍型图案的半导体基板中。
在根据本发明构思的示例实施方式的图像传感器中，第二隔离层130的下表面130b可以相对于第一至第三栅极115、116和117比第一隔离层120的上表面120a设置得更高(或者离第一至第三栅极115、116和117比第一隔离层120的上表面120a隔开得更远)，使得可以减小第二隔离层130与第一至第三栅极115、116和117的每个之间的电耦合。
图5至17示出根据示例实施方式的制造图像传感器的方法。
参照图5，第一掩模图案M1形成在基板100的第一表面100a上。
参照图6，基板100的第一表面100a使用第一掩模图案M1作为蚀刻掩模被蚀刻，以在基板100中形成第一沟槽T1。虽然如图6所示，第一沟槽T1的侧壁具有倾斜轮廓，但本发明构思不限于此。
参照图7，第一填充层121形成在第一掩模图案M1上和第一沟槽T1中。
第一填充层121可以包括例如硅氧化物、硅氮化物、硅碳化物、硅氧碳化物、硅氮氧化物和/或硅氧碳氮化物。
参照图8，第二掩模图案M2形成在第一填充层121上。第一填充层121和基板100使用第二掩模M2作为蚀刻掩模被蚀刻，以在基板100中形成第二沟槽T2。
第二沟槽T2可以穿过第一沟槽T1中的第一填充层121并延伸到第一沟槽T1下方的基板100中。第二沟槽T2可以被形成为具有比第一沟槽T1的第一宽度(见例如图4的TW1)小的第二宽度(见例如图4的TW2)。
参照图9，在去除第二掩模图案M2之后，第一沟槽钝化层135形成在第二沟槽T2的内表面上和第一填充层121上。第一沟槽钝化层135可以包括高k电介质材料。虽然如图9所示，第一沟槽钝化层135共形地形成在第二沟槽T2的内表面上和在第一填充层121上，但本发明构思不限于此。
参照图10，第一沟槽钝化层135被蚀刻以去除第一沟槽钝化层135的在第一填充层121上的部分。此时，第一沟槽钝化层135的在第二沟槽T2的侧壁上的另一部分可以被蚀刻，使得第二沟槽T2的侧壁的在第一沟槽T1下方的部分(或基板100的在第一沟槽T1下方的部分)可以与第二沟槽T2的侧壁的在第一沟槽T1中的另一部分一起被暴露。
参照图11，第二填充层131形成在第二沟槽T2的暴露侧壁、第一填充层121和第一沟槽钝化层135上。第二填充层131可以包括多晶硅。第二填充层131可以完全填充具有第一沟槽钝化层135的第二沟槽T2。
参照图12，第二填充层131被回蚀刻以去除第二填充层131的形成在第一填充层121上和第二沟槽T2的暴露侧壁上的部分，因而在第二沟槽T2中的第一沟槽钝化层135上形成第二隔离层130。通过以上回蚀刻工艺，第二隔离层130的上表面可以位于比第一沟槽T1的下表面更低的水平处，因而暴露第二沟槽T2的侧壁的一部分。虽然如图12所示，第一沟槽钝化层135的上表面和第二隔离层130的上表面共平面，但本发明构思不限于此。
参照图13，第三填充层122形成在第二沟槽T2的暴露侧壁、第一填充层121、第一沟槽钝化层135和第二隔离层130上。
第三填充层122可以包括与第一填充层121的材料相同的材料，例如硅氧化物、硅氮化物、硅碳化物、硅氧碳化物、硅氮氧化物和/或硅氧碳氮化物。
参照图14，平坦化工艺(例如化学机械抛光工艺)被执行以去除第一填充层121的一部分、第三填充层122的一部分和第一掩模图案M1。因此，基板100的第一表面100a可以被暴露。
参照图15，第一沟槽T1中的第一填充层121和第三填充层122在第一沟槽T1中的部分被定义为第一隔离层120，第三填充层122的在第二沟槽T2中的另一部分被定义为第三隔离层125。第一隔离层120和第三隔离层125可以包括相同的材料。
光电转换元件PD形成在基板100中。光电转换元件PD可以通过离子注入工艺形成，但本发明构思不限于此。虽然如图15所示，光电转换元件PD靠近基板100的第一表面100a形成，但本发明构思不限于此。
第一栅极115、第二栅极116和第三栅极117形成在基板100的第一表面100a上。第一至第三栅极115、116和117的每个可以形成为不重叠第一隔离层120。第一隔离层120可以设置在第一栅极115与第二栅极116之间以及在第二栅极116与第三栅极117之间。
绝缘层105被形成以覆盖基板100的第一表面100a、第一至第三栅极115、116和117、以及第一隔离层120。绝缘层105可以包括例如硅氧化物、硅氮化物、硅氮氧化物、低k电介质材料或其组合。
参照图16，包括绝缘夹层112和金属线114的绝缘结构110形成在绝缘层105上。
参照图17，基板100的一部分被去除，使得基板100的厚度减小。例如，在基板100被倒转使得基板100的第二表面100b面向上之后，可以执行平坦化工艺以去除基板100的一部分。通过以上平坦化工艺，第二沟槽T2中的第一沟槽钝化层135可以被暴露。
钝化层138形成在基板100的第二表面100b上。钝化层138可以通过原子层沉积、物理气相沉积和/或化学气相沉积形成。平坦化层140形成在钝化层138上。
接着，滤色器150(见图3)和微透镜160(见图3)形成在平坦化层140上。因此，可以制造图3所示的图像传感器。
图18示出根据示例实施方式的图像传感器。图19是图18的部分B的放大图。下面将主要描述本示例实施方式与参照图3描述的示例实施方式之间的差异。
参照图18和19，在根据本发明构思的示例实施方式的图像传感器中，第一隔离层120的上表面120a接触第二隔离层130的下表面130b。例如，第一隔离层120的上表面120a可以与第二隔离层130的下表面130b共平面。
第一沟槽钝化层135可以沿着第二沟槽T2的侧壁延伸，以不暴露第二沟槽T2的侧壁。第二隔离层130可以设置在第一沟槽钝化层135上并完全填充第二沟槽T2。第一沟槽钝化层135的下表面可以接触第一隔离层120的上表面120a。
图20示出根据示例实施方式的图像传感器。下面将主要描述本示例实施方式与参照图3描述的示例实施方式之间的差异。
参照图20，在根据本发明构思的示例实施方式的图像传感器中，第二沟槽T2设置在基板100中，同时与基板100的第二表面100b间隔开。
第一隔离层220和第三隔离层225可以具有与图3所示的第一隔离层120和第三隔离层125类似的结构。
第二沟槽T2可以不延伸到基板100的第二表面100b并且以预定深度设置在基板100中。因此，沿第二沟槽T2的内表面延伸的第一沟槽钝化层235可以不接触钝化层138。
第二隔离层230可以具有比图3所示的第二隔离层130的深度小的深度。
图21示出根据示例实施方式的图像传感器。下面将主要描述本示例实施方式与参照图3描述的示例实施方式之间的差异。
参照图21，在根据本发明构思的示例实施方式的图像传感器中，第一隔离层320靠近基板100的第二表面100b设置。
第一沟槽T1可以设置在基板100的第二表面100b中。第二沟槽T2可以从第一隔离层320的下表面320b延伸到基板100的第一表面100a。
第二隔离层330的上表面330a可以比第一隔离层320的下表面320b更靠近基板100的第一表面100a。
第三隔离层325可以设置在第二隔离层330与第一隔离层320之间以及在包围第二隔离层330的第一沟槽钝化层335与第一隔离层320之间。
图22示出根据示例实施方式的图像传感器。下面将主要描述本示例实施方式与参照图3描述的示例实施方式之间的差异。
参照图22，在根据本发明构思的示例实施方式的图像传感器中，第四隔离层530在基板100中设置于第二隔离层430上。第五隔离层520在基板100中设置于第四隔离层530上。
第四沟槽T4可以在基板100中设置于第二沟槽T2上。第三沟槽T3可以在基板100中设置于第四沟槽T4上。设置在第三沟槽T3中的第五隔离层520可以接触钝化层138。
第一沟槽T1可以在结构上与第三沟槽T3成对称关系。第四沟槽T4可以在结构上与第二沟槽T2成对称关系。
第三沟槽T3中的第五隔离层520可以在结构上与第一沟槽T1中的第一隔离层420成对称关系。设置在第四沟槽T4中的第四隔离层530、第六隔离层525和第二沟槽钝化层535中的相应层可以在结构上与设置在第二沟槽T2中的第二隔离层430、第三隔离层425和第一沟槽钝化层435中的相应层成对称关系。
第五隔离层520可以包括与第一隔离层420的材料相同的材料，例如硅氧化物、硅氮化物、硅碳化物、硅氧碳化物、硅氮氧化物和/或硅氧碳氮化物。第四隔离层530可以包括与第二隔离层430的材料相同的材料，例如多晶硅。
第二隔离层430的上表面上的第一沟槽钝化层435可以接触第四隔离层530的下表面上的第二沟槽钝化层535。
第五隔离层520的下表面520b可以比第四隔离层530的上表面530a更靠近基板100的第二表面100b。
图23示出根据示例实施方式的图像传感器。下面将主要描述本示例实施方式与参照图3描述的示例实施方式之间的差异。
参照图23，在根据本发明构思的示例实施方式的图像传感器中，第四隔离层730在基板100中设置于第二隔离层630上。第五隔离层720在基板100中设置于第四隔离层730上。第二隔离层630和第四隔离层730彼此垂直地间隔开。
第四沟槽T4可以在基板100中设置于第二沟槽T2上。第三沟槽T3可以在基板100中设置于第四沟槽T4上。设置在第三沟槽T3中的第五隔离层720可以接触钝化层138。
第一沟槽T1可以在结构上与第三沟槽T3成对称关系。第四沟槽T4可以在结构上与第二沟槽T2成对称关系。
第三沟槽T3中的第五隔离层720可以在结构上与第一沟槽T1中的第一隔离层620成对称关系。设置在第四沟槽T4中的第四隔离层730、第六隔离层725和第二沟槽钝化层735中的相应层可以与设置在第二沟槽T2中的第二隔离层630、第三隔离层625和第一沟槽钝化层635中的相应层成对称关系。
第五隔离层720可以包括与第一隔离层620的材料相同的材料，例如硅氧化物、硅氮化物、硅碳化物、硅氧碳化物、硅氮氧化物和/或硅氧碳氮化物。第四隔离层730可以包括与第二隔离层630的材料相同的材料，例如多晶硅。
第二隔离层630的上表面上的第一沟槽钝化层635和第四隔离层730的下表面上的第二沟槽钝化层735可以彼此垂直地间隔开。
第五隔离层720的下表面720b可以比第四隔离层730的上表面730a更靠近基板100的第二表面100b。
虽然已经参照本发明构思的示例实施方式显示和描述了本发明构思，但是本领域普通技术人员将理解，可以对本发明构思进行形式和细节上的各种改变而不背离如由所附权利要求阐述的本发明构思的精神和范围。
本申请要求享有2017年10月13日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0133550号的优先权，其公开通过引用全文在此合并。

Claims (20)

1.一种图像传感器，包括：
包括第一表面和第二表面的基板；
在所述基板的所述第一表面上的第一栅极和第二栅极，其中所述第一栅极和所述第二栅极每个在第一方向上延伸；
在所述第一栅极与所述第二栅极之间位于所述基板中的第一隔离层，其中所述第一隔离层在交叉所述第一方向的第二方向上具有第一宽度；以及
在所述基板中位于所述第一隔离层上的第二隔离层，其中在所述第二方向上，所述第二隔离层具有比所述第一宽度小的第二宽度；
其中所述第二隔离层比所述第一隔离层更靠近所述基板的所述第二表面，以及
其中所述第一隔离层与所述第二隔离层之间的垂直距离是所述第一隔离层的高度的1/3或更小。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括在所述第一隔离层与所述第二隔离层之间的第三隔离层。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中在所述第二方向上，所述第三隔离层具有比所述第一宽度小的第三宽度。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中所述第三宽度大于所述第二宽度。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括覆盖所述第二隔离层的侧壁的第一沟槽钝化层。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
在所述基板中位于所述第二隔离层上的第四隔离层；以及
在所述基板中位于所述第四隔离层上的第五隔离层，
其中所述第五隔离层比所述第四隔离层更靠近所述基板的所述第二表面。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，还包括：
在所述第二隔离层上的第一沟槽钝化层；
在所述第四隔离层上的第二沟槽钝化层，
其中所述第一沟槽钝化层接触所述第二沟槽钝化层。
8.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述第二隔离层和所述第四隔离层彼此垂直地间隔开。
9.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述第四隔离层包括多晶硅。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一隔离层和所述第二隔离层包括不同的材料。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中所述第一隔离层包括硅氧化物、硅氮化物、硅碳化物、硅氧碳化物、硅氮氧化物和/或硅氧碳氮化物，以及
所述第二隔离层包括多晶硅。
12.一种图像传感器，包括：
包括彼此相反设置的第一表面和第二表面的基板；
在所述基板的所述第一表面上的第一栅极和第二栅极，其中所述第一栅极和所述第二栅极每个在第一方向上延伸；
在所述第一栅极与所述第二栅极之间位于所述基板中的第一沟槽，其中所述第一沟槽在交叉所述第一方向的第二方向上具有第一宽度，并且在垂直于所述第一方向和所述第二方向的第三方向上具有第一深度；
在所述基板中的第二沟槽，其中在所述第二方向上，所述第二沟槽具有小于所述第一宽度的第二宽度，以及其中所述第二沟槽垂直地重叠所述第一沟槽；
在所述第一沟槽中的第一隔离层；以及
在所述第二沟槽中的第二隔离层，
其中所述第二隔离层包括与所述第一隔离层的材料不同的材料，以及
其中所述第一隔离层与所述第二隔离层之间的垂直距离是所述第一沟槽的所述第一深度的1/3或更小。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，其中所述第一沟槽比所述第二沟槽更靠近所述基板的所述第一表面。
14.根据权利要求12所述的图像传感器，其中所述第一沟槽比所述第二沟槽更靠近所述基板的所述第二表面。
15.根据权利要求12所述的图像传感器，其中所述第一隔离层接触所述第二隔离层。
16.根据权利要求12所述的图像传感器，还包括在所述第二沟槽中以及在所述第一隔离层与所述第二隔离层之间的第三隔离层。
17.一种图像传感器，包括：
包括彼此相反设置的第一表面和第二表面的基板；
在所述基板中的光电转换元件；
在所述基板的所述第一表面上彼此间隔开的第一栅极和第二栅极；
在所述第一栅极与所述第二栅极之间位于所述基板中的第一隔离层；
在所述基板中的第二隔离层，其中所述第二隔离层包括多晶硅，以及其中所述第二隔离层垂直地重叠所述第一隔离层，并且比所述第一隔离层更靠近所述基板的所述第二表面；以及
在所述基板的所述第二表面上的微透镜，
其中所述第一隔离层与所述第二隔离层之间的垂直距离是所述第一隔离层的高度的1/3或更小。
18.根据权利要求17所述的图像传感器，还包括在所述第一隔离层与所述第二隔离层之间的第三隔离层。
19.根据权利要求17所述的图像传感器，还包括在所述基板与所述第二隔离层之间并且包括绝缘材料的沟槽钝化层。
20.根据权利要求17所述的图像传感器，还包括在所述基板的所述第二表面与所述微透镜之间的钝化层。
CN201811182487.4A 2017-10-13 2018-10-11 图像传感器 Active CN109671731B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170133550A KR102551489B1 (ko) 2017-10-13 2017-10-13 이미지 센서
KR10-2017-0133550 2017-10-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109671731A true CN109671731A (zh) 2019-04-23
CN109671731B CN109671731B (zh) 2023-07-25

Family

ID=66096576

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811182487.4A Active CN109671731B (zh) 2017-10-13 2018-10-11 图像传感器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10644051B2 (zh)
KR (1) KR102551489B1 (zh)
CN (1) CN109671731B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018181910A (ja) * 2017-04-04 2018-11-15 浜松ホトニクス株式会社 光半導体装置の製造方法
US10468444B2 (en) * 2017-11-09 2019-11-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor device and method for forming the same
CN113314550A (zh) * 2020-02-27 2021-08-27 台湾积体电路制造股份有限公司 图像传感器、其形成方法及集成芯片
US11830739B2 (en) * 2020-10-07 2023-11-28 Applied Materials, Inc. Techniques to increase CMOS image sensor well depth by cyrogenic ion channeling of ultra high energy ions
JP2023182872A (ja) * 2020-11-12 2023-12-27 ソニーグループ株式会社 固体撮像素子およびその製造方法
WO2023042462A1 (ja) * 2021-09-16 2023-03-23 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出装置、光検出装置の製造方法、及び電子機器

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010038607A (ko) 1999-10-26 2001-05-15 윤종용 반도체장치를 위한 필드 분리방법
KR100809323B1 (ko) 2006-01-31 2008-03-05 삼성전자주식회사 크로스토크가 감소하고 감도가 증가한 이미지 센서
KR101550067B1 (ko) * 2008-12-24 2015-09-03 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 이미지 센서 및 이의 제조 방법
KR20100138087A (ko) 2009-06-24 2010-12-31 주식회사 동부하이텍 이미지 센서 및 그 제조방법
US8685818B2 (en) 2010-06-25 2014-04-01 International Business Machines Corporation Method of forming a shallow trench isolation embedded polysilicon resistor
JP2012023207A (ja) 2010-07-14 2012-02-02 Toshiba Corp 裏面照射型固体撮像装置
KR102034482B1 (ko) * 2013-03-04 2019-10-21 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이의 형성 방법
US9287309B2 (en) * 2013-05-31 2016-03-15 SK Hynix Inc. Isolation structure having a second impurity region with greater impurity doping concentration surrounds a first impurity region and method for forming the same, and image sensor including the isolation structure and method for fabricating the image sensor
US9496304B2 (en) 2013-08-15 2016-11-15 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor pixel cell with switched deep trench isolation structure
US9054007B2 (en) 2013-08-15 2015-06-09 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor pixel cell with switched deep trench isolation structure
KR102209097B1 (ko) * 2014-02-27 2021-01-28 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이의 제조 방법
KR102268714B1 (ko) * 2014-06-23 2021-06-28 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이의 제조 방법
KR102399338B1 (ko) * 2014-09-12 2022-05-19 삼성전자주식회사 이미지 센서의 제조 방법
KR102367384B1 (ko) 2015-01-13 2022-02-25 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 형성 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102551489B1 (ko) 2023-07-04
US20190115375A1 (en) 2019-04-18
KR20190041830A (ko) 2019-04-23
CN109671731B (zh) 2023-07-25
US10644051B2 (en) 2020-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11424285B2 (en) Image sensor with conductive pixel separation structure and method of manufacturing the same
CN109671731A (zh) 图像传感器
US9564463B2 (en) Methods of fabricating image sensors having deep trenches including negative charge material
US9728570B2 (en) Deep trench isolation fabrication for BSI image sensor
US7598552B2 (en) Image sensor having improved sensitivity and method of manufacturing the same
CN102800685B (zh) 固态图像拾取装置和图像拾取系统
EP2518768B1 (en) Solid-state imaging device and imaging system
US9553119B2 (en) Methods of forming an image sensor
CN102017151B (zh) 固态摄像元件
CN107615487A (zh) 成像元件、电子器件、制造设备以及制造方法
US20120077301A1 (en) Image sensor and method of fabricating the same
CN104137263A (zh) 固态图像拾取单元、制造固态图像拾取单元的方法以及电子设备
KR20200085439A (ko) 이미지 센서
US11742368B2 (en) Image sensing device and method for forming the same
US12074189B2 (en) Image sensor and method of manufacturing same
CN110197833A (zh) 图像传感器
KR102651721B1 (ko) 이미지 센서
CN116344566A (zh) 图像传感器
US20080203516A1 (en) Image device and method of fabricating the same
US8119433B2 (en) Image sensor and fabricating method thereof
US20240363662A1 (en) Image sensor and method of fabricating the same
US20240145513A1 (en) Image sensor and method of fabricating the same
US20240222401A1 (en) Semiconductor device, image sensor
CN118866919A (zh) 图像传感器及其制造方法
CN104282697B (zh) 图像传感器的形成方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant