TWI727650B - 影像感測器及形成影像感測器的方法 - Google Patents
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Abstract
本公開的各種實施例涉及一種影像感測器。所述影像感
測器包括第一半導體基底，第一半導體基底具有光探測器及浮動擴散節點。轉移閘極設置在第一半導體基底之上，其中轉移閘極至少部分地設置在光探測器的相對側之間。第二半導體基底與第一半導體基底垂直地間隔開，其中第二半導體基底包括第一表面及與第一表面相對的第二表面。讀出電晶體設置在第二半導體基底上，其中第二表面設置在轉移閘極與讀出電晶體的閘極之間。第一導電觸點電耦合到轉移閘極且從轉移閘極垂直地延伸穿過所述第一表面與所述第二表面二者。
Description
本發明是有關於一種影像感測器，且特別是有關於一種具有堆疊式半導體基底的低雜訊影像感測器。
許多當今的電子裝置(例如，數位照相機、光學成像裝置等)包括影像感測器(image sensor)。影像感測器將光學影像(optical image)轉換為可被表示成數位影像(digital image)的數位資料。影像感測器包括像素感測器(pixel sensor)的陣列，像素感測器是用於將光學影像轉換成數位資料的單位裝置。一些類型的像素感測器包括電荷耦合裝置(charge-coupled device，CCD)影像感測器及互補金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)影像感測器。相比於CCD像素感測器，CMOS像素感測器因功耗低、尺寸小、資料處理快、資料直接輸出及製造成本低而受到青睞。
在一些實施例中，本申請提供一種影像感測器。所述影像感測器包括第一半導體基底，第一半導體基底包括光探測器及浮動擴散節點。轉移閘極設置在第一半導體基底之上，其中轉移閘極至少部分地設置在光探測器的相對側之間。第二半導體基底與第一半導體基底垂直地間隔開，其中第二半導體基底包括第一表面及與第一表面相對的第二表面。讀出電晶體設置在第二半導體基底上，其中第二表面設置在轉移閘極與讀出電晶體的閘極之間。第一導電觸點電耦合到轉移閘極且從轉移閘極垂直地延伸穿過第一表面與第二表面二者。
在一些實施例中，本申請提供一種影像感測器。所述影像感測器包括多個光探測器，所述多個光探測器設置在第一半導體基底中，其中所述多個光探測器設置在陣列中。第一隔離結構設置在第一半導體基底中，其中第一隔離結構側向地環繞所述多個光探測器中的每一者。第二半導體基底與第一半導體基底及第一隔離結構垂直地間隔開，其中第二半導體基底包括第一表面及與第一表面相對的第二表面。多個浮動擴散節點設置在第一半導體基底中，其中所述多個浮動擴散節點分別設置在第二半導體基底與所述多個光探測器之間。多個第一導電觸點分別電耦合到所述多個浮動擴散節點，其中所述多個第一導電觸點分別在第二半導體基底與所述多個浮動擴散節點之間垂直地延伸。第一讀出電晶體設置在第二半導體基底上且至少部分地設置在所述多個第一導電觸點之間，其中第二表面設置在第一半導體基底與第一讀出
電晶體的第一閘極之間。
在一些實施例中，本申請提供一種形成影像感測器的方法。所述方法包括在第一半導體基底中形成光探測器。在第一半導體基底之上形成轉移閘極。在第一半導體基底中形成浮動擴散節點。在第一半導體基底及轉移閘極之上形成第一層間介電(ILD)結構。將設置在第二半導體基底上的接合層接合到第一ILD結構。在第二半導體基底上及第一半導體基底之上形成讀出電晶體。在第二半導體基底及讀出電晶體之上形成第二ILD結構。將集成晶片(IC)接合到接合在一起的第一半導體基底與第二半導體基底，其中IC包括影像處理裝置，且其中第一ILD結構及第二ILD結構二者位於轉移閘極與影像處理裝置之間。
100:低雜訊影像感測器
102:第一半導體基底
102b:背側
102f:前側
104:第一摻雜區
106:光探測器
106a:光探測器/第一光探測器
106b:光探測器/第二光探測器
106c:光探測器/第三光探測器
106d:光探測器/第四光探測器
106e:光探測器/第五光探測器
106f:光探測器/第六光探測器
106g:光探測器/第七光探測器
106h:光探測器/第八光探測器
108:第一隔離結構
110:拾取阱接觸區
110a:拾取阱接觸區/第一拾取阱接觸區
110b:拾取阱接觸區/第二拾取阱接觸區
110c:拾取阱接觸區/第三拾取阱接觸區
110d:拾取阱接觸區/第四拾取阱接觸區
112:浮動擴散節點
112a:浮動擴散節點/第一浮動擴散節點
112b:浮動擴散節點/第二浮動擴散節點
112c:浮動擴散節點/第三浮動擴散節點
112d:浮動擴散節點/第四浮動擴散節點
114:轉移閘極
114a:轉移閘極/第一轉移閘極
114b:轉移閘極/第二轉移閘極
114c:轉移閘極/第三轉移閘極
114d:轉移閘極/第四轉移閘極
116:轉移閘電極
118:轉移閘極介電質
120:第一層間介電(ILD)結構
122:接合結構
124:第二半導體基底
126:主動區
128:第二隔離結構
130:讀出電晶體
130a:讀出電晶體/第一讀出電晶體
130b:讀出電晶體/第二讀出電晶體
130c:讀出電晶體/第三讀出電晶體
132:讀出閘電極
132a:讀出閘電極/第一讀出閘電極
132b:讀出閘電極/第二讀出閘電極
132c:讀出閘電極/第三讀出閘電極
134:讀出閘極介電質
134a:讀出閘極介電質/第一讀出閘極介電質
134b:讀出閘極介電質/第二讀出閘極介電質
134c:讀出閘極介電質/第三讀出閘極介電質
136a:第一源極/汲極區
136b:第二源極/汲極區
136c:第三源極/汲極區
136d:第四源極/汲極區
136e:第五源極/汲極區
138:第二ILD結構
140:第一導電觸點
140a:第五導電觸點
140b:第六導電觸點
140c:第七導電觸點
140d:第八導電觸點
140e:第九導電觸點
140f:第十導電觸點
140g:第十一導電觸點
140h:第十二導電觸點
140i:第十三導電觸點
140j:第十四導電觸點
140k:第十五導電觸點
140m:第十六導電觸點
140n:第十七導電觸點
140o:第十八導電觸點
142、142a:第一導電線
144:第二導電觸點
144a:FDN觸點/第一導電觸點
144b:FDN觸點/第二導電觸點
144c:FDN觸點/第三導電觸點
144d:FDN觸點/第四導電觸點
202a:第一陣列
202b:第二陣列
204:第一阱延伸區
206:第二阱延伸區
208:第三阱延伸區
210:第四阱延伸區
302:浮動擴散節點觸點(FDNC)區
304:選擇性導電通道區
402:第五阱延伸區
502:第三摻雜區
602:第六阱延伸區
702:側壁間隔壁
702a:側壁間隔壁/第一側壁間隔壁
702b:側壁間隔壁/第二側壁間隔壁
702c:側壁間隔壁/第三側壁間隔壁
702d:側壁間隔壁/第四側壁間隔壁
704:下部ILD結構
706:上部ILD結構
708:第一導通孔
710:第一接觸焊盤
712:集成晶片(IC)
714:第三半導體基底
716a:半導體裝置
716b:半導體裝置
716c:半導體裝置
718:第三隔離結構
720:第三ILD結構
722:第三導電觸點
724:第二導電線
726:第二導通孔
728:第二接觸焊盤
802:減反射層
802a:第一減反射層
802b:第二減反射層
804:濾光片
806:微透鏡
902:摻雜通道區
2900:流程圖
2902、2904、2906、2908、2910、2912、2914、2916、2918、2920、2922、2924、2926:動作
A-A’:線
L 1 :第一長度
L 2 :第二長度
W 1 :第一寬度
W 2 :第二寬度
結合附圖閱讀以下詳細說明，會最好地理解本公開的方面。注意，根據本行業中的標準慣例，各種特徵並非按比例繪製。事實上，為論述清晰起見，可任意增大或減小各種特徵的尺寸。
圖1說明具有堆疊式半導體基底的低雜訊影像感測器的一些實施例的剖視圖。
圖2說明圖1所示低雜訊影像感測器的一些其他實施例的佈局圖。
圖3說明圖2所示第一陣列的一些其他實施例的佈局圖。
圖4說明圖3所示第一陣列的一些其他實施例的佈局圖。
圖5說明圖3所示第一陣列的一些其他實施例的佈局圖。
圖6說明圖2所示第二陣列的一些其他實施例的佈局圖。
圖7說明圖6所示第二陣列的一些其他實施例的佈局圖。
圖8說明沿線A-A’截取的圖2所示低雜訊影像感測器的一些實施例的剖視圖。
圖9說明圖1所示低雜訊影像感測器的一些其他實施例的剖視圖。
圖10說明圖9所示低雜訊影像感測器的一些其他實施例的剖視圖。
圖11說明圖9所示低雜訊影像感測器的一些其他實施例的剖視圖。
圖12說明圖9所示低雜訊影像感測器的一些其他實施例的剖視圖。
圖13說明圖9所示低雜訊影像感測器的一些其他實施例的剖視圖。
圖14、圖15、圖16、圖17、圖18、圖19、圖20、圖21、圖22、圖23、圖24、圖25、圖26、圖27及圖28說明形成圖9所示低雜訊影像感測器的一些實施例的一系列剖視圖。
圖29說明形成具有堆疊式半導體基底的低雜訊影像感測器的方法的一些實施例的流程圖。
以下公開提供用於實施所提供主題的不同特徵的許多不同實施例或實例。以下闡述元件及排列的具體實例以簡化本公開。當然，這些僅為實例且不旨在進行限制。例如，以下說明中將第一特徵形成在第二特徵“之上”或第二特徵“上”可包括其中第一特徵及第二特徵被形成為直接接觸的實施例，且也可包括其中第一特徵與第二特徵之間可形成有附加特徵、進而使得所述第一特徵與所述第二特徵可能不直接接觸的實施例。另外，本公開可能在各種實例中重複使用參考編號和/或字母。此種重複使用是出於簡潔及清晰的目的，而不是自身指示所論述的各種實施例和/或配置之間的關係。
此外，為易於說明，本文中可能使用例如“下方(beneath)”、“下面(below)”、“下部的(lower)”、“上方(above)”、“上部的(upper)”等空間相對性用語來闡述圖中所示的一個元件或特徵與另一(其他)元件或特徵的關係。所述空間相對性用語旨在除圖中所繪示的取向外還囊括裝置在使用或操作中的不同取向。設備可具有其他取向(旋轉90度或其他取向)，且本文中所使用的空間相對性描述語可同樣相應地進行解釋。
一些互補金屬氧化物半導體影像感測器(complementary metal-oxide semiconductor image sensor，CIS)具有像素感測器陣列。像素感測器陣列的像素感測器包括設置在半導體基底中的光探測器(photodetector)陣列(例如，2×2光探測器陣列)。在一
些實施例中，光探測器可通過隔離結構(例如，全深度隔離結構)彼此分隔開。此外，像素感測器包括設置在半導體基底的主動區上的多個像素裝置(例如，轉移閘極(transfer gate)、復位電晶體(reset transistor)、源極跟隨器電晶體(source follower transistor)和/或列選擇電晶體(row-select transistor))。內連線結構上覆在半導體基底及像素裝置上，且將光探測器與像素裝置電耦合在一起，從而使得像素感測器可正常運行。像素感測器利用光探測器記錄入射輻射(例如，光子)，且便於利用像素裝置以數位方式讀出記錄。
以上CIS的一個挑戰是不良的雜訊性能(例如，隨機雜訊(random noise)、固定圖案雜訊(fixed-pattern noise)、閃爍雜訊(flicker noise)、散粒雜訊(shot noise)、熱雜訊(thermal noise)、白色雜訊(white noise)等)。雜訊性能的一個貢獻因素是所述多個像素裝置的尺寸(例如，源極跟隨器裝置的尺寸)。儘管隔離結構可提高影像感測器的滿阱容量(full well capacity)，然而隔離結構可能會減小半導體基底的主動區的尺寸。由於隔離結構會減小主動區的尺寸，因此通常會減小像素裝置的尺寸，以便使像素裝置、隔離結構及光探測器設置在半導體基底上/半導體基底中。然而，減小像素裝置的尺寸會負面地影響雜訊(例如，由於源極跟隨器裝置的尺寸減小)，從而造成不良的雜訊性能。
雜訊的另一貢獻因素是內連線結構的總導電面積(例如，由於寄生電容的增大)。例如，設置在半導體基底之上以將像
素裝置與光探測器電耦合在一起的金屬線、金屬通孔及金屬觸點的總導電面積。通常，像素裝置的位置至少部分地取決於隔離結構和/或光探測器的佈局，從而導致一些像素裝置設置成距其他像素裝置和/或光探測器中的一些光探測器的距離相對大。因此，一些金屬線可延伸相對大的距離，以便將像素裝置中的一些像素裝置電耦合到其他像素裝置和/或光探測器中的一些光探測器。因此，內連線結構的總導電面積增大，從而造成不良的雜訊性能。
本申請的各種實施例涉及一種低雜訊影像感測器。所述低雜訊影像感測器包括設置在第一半導體基底中的光探測器及浮動擴散節點(floating diffusion node，FDN)。轉移閘極設置在第一半導體基底上。在一些實施例中，隔離結構設置在第一半導體基底中。第二半導體基底與第一半導體基底間隔開。讀出電晶體(例如，源極跟隨器電晶體)設置在第二半導體基底上，其中第二半導體基底的表面設置在轉移閘極與讀出電晶體的閘極之間。導電觸點電耦合到轉移閘極且從轉移閘極垂直地延伸到第二半導體基底。
由於第二半導體基底與第一半導體基底垂直地間隔開，且由於隔離結構設置在第一半導體基底中且讀出電晶體設置在第二半導體基底上，因此隔離結構可不約束讀出電晶體的尺寸。因此，讀出電晶體的尺寸可比讀出電晶體及隔離結構設置在同一半導體基底上的情形大。因此，低雜訊影像感測器可具有改善的雜訊性能(例如，由於源極跟隨器電晶體的增大的尺寸)。
另外，由於光探測器、轉移閘極及浮動擴散節點設置在與讀出電晶體不同的半導體基底中/與讀出電晶體不同的半導體基底之上，因此讀出電晶體可設置成比讀出電晶體及浮動擴散節點設置在同一半導體基底上的情形更靠近浮動擴散節點。因此，內連線結構的總導電面積可比讀出電晶體及浮動擴散節點二者設置在同一半導體基底上的情形小。因此，低雜訊影像感測器可具有改善的雜訊性能(例如，由於內連線結構的總導電面積的減小)。
圖1說明具有堆疊式半導體基底的低雜訊影像感測器100的一些實施例的剖視圖。
如圖1中所示，低雜訊影像感測器100包括第一半導體基底102。第一半導體基底102具有前側102f及背側102b。第一半導體基底102包括具有第一摻雜類型(例如，p型/n型)的第一摻雜區104。在第一半導體基底102中設置有光探測器106(例如，光電二極體(photodiode))。光探測器106用以吸收入射輻射(例如，光子)並產生對應於所述入射輻射的電信號。在第一半導體基底102中設置有側向地環繞光探測器106的第一隔離結構108。
在第一摻雜區104中設置有拾取阱接觸區(pickup well contact region)110。拾取阱接觸區110是具有第一摻雜類型的第一半導體基底102的區。在第一半導體基底102中設置有側向地與拾取阱接觸區110間隔開的浮動擴散節點112。浮動擴散節點112是具有與第一摻雜類型相反的第二摻雜類型(例如，n型/p型)的第一半導體基底102的區。
在第一半導體基底102中/第一半導體基底102之上以及光探測器106的相對側之間設置有轉移閘極114。轉移閘極114包括轉移閘電極116及轉移閘極介電質118。轉移閘極114用以在光探測器106與浮動擴散節點112之間選擇性地形成導電通道，從而使得光探測器106中所累積(例如，通過吸收入射輻射)的電荷可轉移到浮動擴散節點112。
在第一半導體基底102及轉移閘極114之上設置有第一層間介電(ILD)結構120。在一些實施例中，第一半導體基底102的前側102f是第一半導體基底102的最接近第一ILD結構120設置的側，且第一半導體基底102的背側102b是第一半導體基底102的與前側102f相對的側。在又一些實施例中，在第一ILD結構120之上設置有接合結構122。
第二半導體基底124與第一半導體基底102垂直地間隔開且設置在第一ILD結構120之上。第二半導體基底124包括主動區126。在一些實施例中，主動區126包括第一摻雜類型。在其他實施例中，主動區126可為未經摻雜的。在主動區126包括第一摻雜類型的實施例中，主動區126可被稱為第二摻雜區。在第二半導體基底124中設置有第二隔離結構128。
在第二半導體基底124上設置有讀出電晶體130(例如，復位電晶體、源極跟隨器電晶體、列選擇電晶體等)。在一些實施例中，讀出電晶體130包括設置在第二半導體基底124之上的讀出閘電極132及讀出閘極介電質134。在一些實施例中，讀出
閘電極132及讀出閘極介電質134被稱為讀出電晶體閘極。讀出閘極介電質134將讀出閘電極132與第二半導體基底124分隔開。在又一些實施例中，讀出電晶體130包括設置在第二半導體基底124中且位於讀出閘極介電質134的相對側上的第一對源極/汲極區136a至136b。在再一些實施例中，讀出電晶體130可為例如金屬氧化物半導體場效電晶體(metal-oxide semiconductor field-effect transistor，MOSFET)、雙極性電晶體(bipolar junction transistor，BJT)、高電子遷移率電晶體(high-electron-mobility transistor，HEMT)等。
在第二半導體基底124及讀出閘電極132之上設置有第二ILD結構138。在第二ILD結構138中及第二半導體基底124之上設置有多個第一導電觸點140(例如，金屬觸點)。在第二ILD結構138中及第一導電觸點140之上設置有多個第一導電線142(例如，金屬線)。第一導電觸點140分別在讀出電晶體130與第一導電線142中的一些導電線之間提供電連接。
在第一半導體基底102上設置有垂直地穿過第一ILD結構120延伸到第二半導體基底124的多個第二導電觸點144。第二導電觸點144分別電耦合到拾取阱接觸區110、浮動擴散節點112及轉移閘電極116。在一些實施例中，第二導電觸點144中的至少一者在拾取阱接觸區110、浮動擴散節點112或轉移閘電極116及讀出電晶體130之間至少部分地提供導電路徑。例如，第二導電觸點144中的一者可在浮動擴散節點112與第一源極/汲極區136a
之間至少部分地界定導電路徑。
在一些實施例中，第二導電觸點144垂直地穿過第二半導體基底124而延伸到第二ILD結構138中。第二導電觸點144可垂直地穿過第二隔離結構128而延伸到第二ILD結構138中。在又一些實施例中，第二導電觸點144中的每一者電耦合到第一導電線142中的一者或多者。在再一些實施例中，第二導電觸點144、第一導電觸點140及第一導電線142可至少部分地界定第一內連線結構。
由於第二半導體基底124與第一半導體基底102垂直地間隔開，且由於第一隔離結構108設置在第一半導體基底102中且讀出電晶體130設置在第二半導體基底124上，因此第一隔離結構108可不約束讀出電晶體130的尺寸(例如，讀出閘電極132、讀出閘極介電質134和/或第一對源極/汲極區136a至136b的尺寸)。因此，讀出電晶體130的尺寸可比讀出電晶體130及第一隔離結構108二者設置在同一半導體基底(例如，第一半導體基底102)上的情形大。因此，低雜訊影像感測器100可具有改善的雜訊性能。
另外，由於光探測器106、轉移閘極114及浮動擴散節點112設置在第一半導體基底102中/第一半導體基底102之上且讀出電晶體130設置在第二半導體基底124上，因此讀出電晶體130可設置成比讀出電晶體130及浮動擴散節點112二者設置在同一半導體基底(例如，第一半導體基底102)上的情形更靠近浮動
擴散節點112。因此，第一內連線結構(例如，第二導電觸點144、第一導電觸點140及第一導電線142)的總導電面積可比讀出電晶體130及浮動擴散節點112二者設置在同一半導體基底上的情形小。因此，低雜訊影像感測器100可具有改善的雜訊性能。
圖2說明圖1所示低雜訊影像感測器100的一些其他實施例的佈局圖。圖2說明不具有第二ILD結構138及第一導電線142的低雜訊影像感測器100。此外，為清晰起見，在圖2中用各種虛線以虛影例示設置在第二半導體基底124下方的特徵(例如，轉移閘極114、光探測器106、第一隔離結構108、浮動擴散節點112)。另外，為清晰起見，在圖2中用設置在方框中的“X”例示第一導電觸點140及第二導電觸點144。此外，為清晰起見，在圖2中用比第一導電觸點140更大的“X”及對應的更大的方框例示第二導電觸點144。
如圖2中所示，低雜訊影像感測器100包括設置在第一半導體基底102中的多個光探測器106a至106h。所述多個光探測器106a至106h可包括第一多個光探測器106a至106d、第二多個光探測器106b、106c、106e、106f及第三多個光探測器106c、106f、106g、106h。例如，第一多個光探測器106a至106d包括第一光探測器106a、第二光探測器106b、第三光探測器106c及第四光探測器106d。所述第二多個光探測器106b、106c、106e、106f可包括第二光探測器106b、第三光探測器106c、第五光探測器106e及第六光探測器106f。所述第三多個光探測器106c、106f、106g、
106h可包括第三光探測器106c、第六光探測器106f、第七光探測器106g及第八光探測器106h。
在一些實施例中，所述多個光探測器中的每一者的光探測器設置在具有多個列和行的陣列(例如，2×2陣列)中。例如，第一光探測器106a、第二光探測器106b、第三光探測器106c及第四光探測器106d設置在第一陣列202a中。第二光探測器106b、第三光探測器106c、第五光探測器106e及第六光探測器106f可設置在第二陣列202b中。
在一些實施例中，第一多個光探測器106a至106d、第二多個光探測器106b、106c、106e、106f和/或第三多個光探測器106c、106f、106g、106h可共用所述多個光探測器106a至106h中的一者或多者。例如，第一多個光探測器106a至106d、第二多個光探測器106b、106c、106e、106f及第三多個光探測器106c、106f、106g、106h各自包括第三光探測器106c。在其他實施例中，第一多個光探測器106a至106d、第二多個光探測器106b、106c、106e、106f和/或第三多個光探測器106c、106f、106g、106h可各自具有分立的光探測器。
在第一半導體基底102中設置有多個拾取阱接觸區110a至110d。拾取阱接觸區110a至110d分別對應於第一多個光探測器106a至106d。例如，第一拾取阱接觸區110a對應於第一光探測器106a，第二拾取阱接觸區110b對應於第二光探測器106b，第三拾取阱接觸區110c對應於第三光探測器106c，且第四拾取阱
接觸區110d對應於第四光探測器106d。
在第一半導體基底102中設置有多個浮動擴散節點112a至112d。浮動擴散節點112a至112d分別對應於第一多個光探測器106a至106d。例如，第一浮動擴散節點112a對應於第一光探測器106a，第二浮動擴散節點112b對應於第二光探測器106b，第三浮動擴散節點112c對應於第三光探測器106c，且第四浮動擴散節點112d對應於第四光探測器106d。
在第一半導體基底102中/第一半導體基底102之上設置有多個轉移閘極114a至114d。轉移閘極114a至114d分別對應於第一多個光探測器106a至106d。例如，第一轉移閘極114a對應於第一光探測器106a，第二轉移閘極114b對應於第二光探測器106b，第三轉移閘極114c對應於第三光探測器106c，且第四轉移閘極114d對應於第四光探測器106d。將理解，轉移閘極114a至114d中的每一者包括設置在轉移閘極介電質118上的轉移閘電極116。
第二導電觸點144中的每一者電耦合到拾取阱接觸區110a至110d中的一者、浮動擴散節點112a至112d中的一者或轉移閘極114a至114d中的一者。例如，第二導電觸點144中的第一個(在下文中稱為“第一導電觸點144a”)電耦合到第一浮動擴散節點112a，第二導電觸點144中的第二個(在下文中稱為“第二導電觸點144b”)電耦合到第二浮動擴散節點112b，第二導電觸點144中的第三個(在下文中稱為“第三導電觸點144c”)電
耦合到第三浮動擴散節點112c，且第二導電觸點144中的第四個(在下文中稱為“第四導電觸點144d”)電耦合到第四浮動擴散節點112d。在一些實施例中，電耦合到拾取阱接觸區110a至110d中的一者的第二導電觸點144中的每一者用以在拾取阱接觸區110a至110d與接地(例如，約0伏(V))之間提供電連接。
在第二半導體基底124上設置有多個讀出電晶體130a至130c。例如，在第二半導體基底124上設置有第一讀出電晶體130a、第二讀出電晶體130b及第三讀出電晶體130c。在第二半導體基底124之上設置有多個讀出閘電極132a至132c。讀出電晶體130a至130c分別包括讀出閘電極132a至132c。多個讀出閘極介電質134a至134c(圖2中未示出)將讀出閘電極132a至132c與第二半導體基底124分隔開。例如，第一讀出電晶體130a包括第一讀出閘電極132a及第一讀出閘極介電質134a，第二讀出電晶體130b包括第二讀出閘電極132b及第二讀出閘極介電質134b，第三讀出電晶體130c包括第三讀出閘電極132c及第三讀出閘極介電質134c。
在第二半導體基底124中設置有多個源極/汲極區136。源極/汲極區136是具有第二摻雜類型的第二半導體基底124的區。讀出電晶體130a至130c中的每一者包括一對源極/汲極區136。例如，第一讀出電晶體130a包括設置在第一讀出閘電極132a的相對側上的第一對源極/汲極區136a至136b，第二讀出電晶體130b包括設置在第二讀出閘電極132b的相對側上的第二對源極/
汲極區136c至136d，且第三讀出電晶體130c包括設置在第三讀出閘電極132c的相對側上的第三對源極/汲極區136d至136e。第一對源極/汲極區136a至136b包括第一源極/汲極區136a及第二源極/汲極區136b。
在一些實施例中，第二對源極/汲極區136c至136d與第三對源極/汲極區136d至136e共用源極/汲極區。例如，第二對源極/汲極區136c至136d包括第三源極/汲極區136c及第四源極/汲極區136d，且第三對源極/汲極區136d至136e包括第四源極/汲極區136d及第五源極/汲極區136e。在其他實施例中，第二對源極/汲極區136c至136d與第三對源極/汲極區136d至136e可各自具有其自身的分立源極/汲極區。
第一讀出電晶體130a至少部分地設置在第一多個光探測器106a至106d之間。在一些實施例中，第一讀出電晶體130a是復位電晶體。在此種實施例中，第一讀出電晶體130a用以在入射輻射的曝光週期之間向第一浮動擴散節點112a、第二浮動擴散節點112b、第三浮動擴散節點112c和/或第四浮動擴散節點112d提供重定電壓(例如，約5V)。
在一些實施例中，第一源極/汲極區136a和/或第二源極/汲極區136b至少部分地直接設置在第一隔離結構108之上。在又一些實施例中，第一源極/汲極區136a和/或第二源極/汲極區136b整體地直接設置在第一隔離結構108之上。在一些實施例中，第一讀出閘電極132a(和/或第一讀出閘極介電質134a)至少部分地
直接設置在第一隔離結構108之上。在又一些實施例中，第一讀出閘電極132a(和/或第一讀出閘極介電質134a)直接設置在第一隔離結構108與第一摻雜區104二者之上。在再一些實施例中，第一讀出閘電極132a(和/或第一讀出閘極介電質134a)直接設置在以下部分之上：第一摻雜區104的側向地環繞第一光探測器106a的第一部分；第一摻雜區104的側向地環繞第二光探測器106b的第二部分；第一摻雜區104的側向地環繞第三光探測器106c的第三部分；以及第一摻雜區104的側向地環繞第四光探測器106d的第四部分。
第一導電觸點140中的第一個(在下文中稱為“第五導電觸點140a”)電耦合到第一源極/汲極區136a。第一導電觸點140中的第二個(在下文中稱為“第六導電觸點140b”)電耦合到第一讀出閘電極132a。第一導電觸點140中的第三個(在下文中稱為“第七導電觸點140c”)電耦合到第二源極/汲極區136b。在一些實施例中，第五導電觸點140a、第六導電觸點140b和/或第七導電觸點140c直接設置在第一隔離結構108之上。
主動區126的第一部分設置在第一讀出閘電極132a下方，且在第一源極/汲極區136a與第二源極/汲極區136b之間延伸。第一讀出電晶體130a用以在主動區126的在第一源極/汲極區136a與第二源極/汲極區136b之間延伸的第一部分中選擇性地形成導電通道。在一些實施例中，主動區126的第一部分可被稱為第一阱區。
在一些實施例中，第一阱延伸區204在與使第一對源極/汲極區136a至136b間隔開的方向垂直的方向上側向地從第一阱區延伸。第一阱延伸區204是主動區126的一部分且電耦合到第一阱區。在一些實施例中，第一阱延伸區204至少部分地直接設置在第一隔離結構108之上。在又一些實施例中，第一阱延伸區204整體地直接設置在第一隔離結構108之上。
第一導電觸點140中的第四個(在下文中稱為“第八導電觸點140d”)電耦合到第一阱延伸區204。在一些實施例中，第八導電觸點140d直接設置在第一隔離結構108之上。在又一些實施例中，第八導電觸點140d用以在第一阱延伸區204與接地之間提供電連接。
第二讀出電晶體130b至少部分地設置在第二多個光探測器106b、106c、106e、106f之間。在一些實施例中，第二讀出電晶體130b是源極跟隨器電晶體。在此種實施例中，第二讀出電晶體130b用以基於從第一光探測器106a、第二光探測器106b、第三光探測器106c和/或第四光探測器106d轉移到第二讀出電晶體130b的電荷來選擇性地輸出電壓。
在一些實施例中，第三源極/汲極區136c和/或第四源極/汲極區136d至少部分地直接設置在第一隔離結構108之上。在又一些實施例中，第三源極/汲極區136c和/或第四源極/汲極區136d整體地直接設置在第一隔離結構108之上。在一些實施例中，第二讀出閘電極132b(和/或第二讀出閘極介電質134b)至少部分地
直接設置在第一隔離結構108之上。在又一些實施例中，第二讀出閘電極132b(和/或第二讀出閘極介電質134b)直接設置在第一隔離結構108、第一摻雜區104及第二多個光探測器106b、106c、106e、106f之上。在又一些實施例中，第二讀出閘電極132b(和/或第二讀出閘極介電質134b)直接設置在以下部分之上：第一摻雜區104的第二部分；第一摻雜區104的第三部分；第一摻雜區104的側向地環繞第五光探測器106e的第五部分；以及第一摻雜區104的側向地環繞第六光探測器106f的第六部分。在再一些實施例中，第二讀出閘電極132b(和/或第二讀出閘極介電質134b)直接設置在第二光探測器106b的一部分、第三光探測器106c的一部分、第五光探測器106e的一部分及第六光探測器106f的一部分之上。
第一導電觸點140中的第五個(在下文中稱為“第九導電觸點140e”)電耦合到第三源極/汲極區136c。第一導電觸點140中的第六個(在下文中稱為“第十導電觸點140f”)電耦合到第二讀出閘電極132b。在一些實施例中，第九導電觸點140e和/或第十導電觸點140f直接設置在第一隔離結構108之上。
主動區126的第二部分設置在第二讀出閘電極132b下方，且在第三源極/汲極區136c與第四源極/汲極區136d之間延伸。第二讀出電晶體130b用以在主動區126的第二部分中選擇性地形成導電通道。在一些實施例中，主動區126的第二部分可被稱為第二阱區。
在一些實施例中，第二阱延伸區206在與使第二對源極/汲極區136c至136d間隔開的方向垂直的方向上側向地從第二阱區延伸。第二阱延伸區206是主動區126的一部分且電耦合到第二阱區。在一些實施例中，第二阱延伸區206至少部分地直接設置在第一隔離結構108之上。在又一些實施例中，第二阱延伸區206整體地直接設置在第一隔離結構108之上。
第一導電觸點140中的第七個(在下文中稱為“第十一導電觸點140g”)電耦合到第二阱延伸區206。在一些實施例中，第十一導電觸點140g直接設置在第一隔離結構108之上。在又一些實施例中，第十一導電觸點140g用以在第二阱延伸區206與接地之間提供電連接。
第三讀出電晶體130c至少部分地設置在第三多個光探測器106c、106f、106g、106h之間。在一些實施例中，第三讀出電晶體130c是列選擇電晶體。在此種實施例中，第三讀出電晶體130c用以向第二讀出電晶體130b輸出電壓，從而使得可讀取第一光探測器106a、第二光探測器106b、第三光探測器106c和/或第四光探測器106d。
在一些實施例中，第五源極/汲極區136e至少部分地直接設置在第一隔離結構108之上。在又一些實施例中，第五源極/汲極區136e整體地直接設置在第一隔離結構108之上。在一些實施例中，第三讀出閘電極132c(和/或第三讀出閘極介電質134c)至少部分地直接設置在第一隔離結構108之上。在又一些實施例
中，第三讀出閘電極132c(和/或第三讀出閘極介電質134c)直接設置在第一隔離結構108及第一摻雜區104之上。在再一些實施例中，第三讀出閘電極132c(和/或第三讀出閘極介電質134c)直接設置在以下部分之上：第一摻雜區104的第三部分；第一摻雜區104的第六部分；第一摻雜區104的側向地環繞第七光探測器106g的第七部分；以及第一摻雜區104的側向地環繞第八光探測器106h的第八部分。
第一導電觸點140中的第八個(在下文中稱為“第十二導電觸點140h”)電耦合到第五源極/汲極區136e。第一導電觸點140中的第九個(在下文中稱為“第十三導電觸點140i”)電耦合到第三讀出閘電極132c。在一些實施例中，第十二導電觸點140h和/或第十三導電觸點140i直接設置在第一隔離結構108之上。
主動區126的第三部分設置在第三讀出閘電極132c下方，且在第四源極/汲極區136d與第五源極/汲極區136e之間延伸。第三讀出電晶體130c用以在主動區126的第三部分中選擇性地形成導電通道。在一些實施例中，主動區126的第三部分可被稱為第三阱區。
在一些實施例中，第三阱延伸區208與第四阱延伸區210在相反的方向上側向地從第三阱區延伸，所述相反的方向均與使第三對源極/汲極區136d至136e間隔開的方向垂直。第三阱延伸區208及第四阱延伸區210是主動區126的部分且電耦合到第三阱區。在一些實施例中，第三阱延伸區208和/或第四阱延伸區
210至少部分地直接設置在第一隔離結構108之上。在又一些實施例中，第三阱延伸區208和/或第四阱延伸區210整體地直接設置在第一隔離結構108之上。將理解，在一些實施例中，僅一個阱延伸區可側向地從第三阱區延伸。
第一導電觸點140中的第十個(在下文中稱為“第十四導電觸點140j”)電耦合到第三阱延伸區208。第一導電觸點140中的第十一個(在下文中稱為“第十五導電觸點140k”)電耦合到第四阱延伸區210。在一些實施例中，第十四導電觸點140j和/或第十五導電觸點140k直接設置在第一隔離結構108之上。在又一些實施例中，第十四導電觸點140j用以在第三阱延伸區208與接地之間提供電連接，且第十五導電觸點140k用以在第四阱延伸區210與接地之間提供電連接。
圖3說明圖2所示第一陣列202a的一些其他實施例的佈局圖。
如圖3中所示，在一些實施例中，第一阱延伸區204不設置在第二半導體基底124中。在此種實施例中，第八導電觸點140d可不設置在第二半導體基底124之上。在又一些此種實施例中，由所述多個讀出電晶體130a至130c形成的導電通道可從第二半導體基底124的上表面充分地延伸到第二半導體基底124的底表面(例如，充分空乏)。在再一些此種實施例中，主動區126可為未經摻雜的或經輕摻雜的(例如，具有比第一摻雜區104的第一摻雜類型摻雜劑摻雜濃度小的第一摻雜類型摻雜劑摻雜濃
度)。
第一導電觸點144a、第二導電觸點144b、第三導電觸點144c及第四導電觸點144d(在下文中統稱為“FDN觸點144a至144d”)的外側壁部分地界定浮動擴散節點觸點(floating diffusion nodes contacts，FDNC)區302。例如，FDNC區302的第一側可由從第一導電觸點144a的外側壁延伸到第二導電觸點144b的外側壁的實質上直的線界定，且FDNC區302的與第一側相對的第二側可由從第三導電觸點144c的外側壁延伸到第四導電觸點144d的外側壁的實質上直的線界定。在一些實施例中，FDN觸點144a至144d中的每一者整體地設置在FDNC區302的周界內。
FDNC區302具有第一寬度W 1 及第一長度L 1 。在一些實施例中，第一長度L 1 在約120奈米(nm)至約590nm之間。第一寬度W 1 可在約120nm至約590nm之間。在又一些實施例中，第一長度L 1 與第一寬度W 1 可約相同。在其他實施例中，第一長度L 1 與第一寬度W 1 可不同。在再一些實施例中，FDNC區302的面積等於第一長度L 1 乘以第一寬度W 1 。FDNC區302的面積可在約14,400平方奈米(nm2)至約348,100nm2之間。
在一些實施例中，FDN觸點144a至144d中的每一者的寬度在約40nm至約120nm之間。FDN觸點144a至144d中的每一者的長度可在約40nm至約120nm之間。在又一些實施例中，FDN觸點144a至144d中的兩者間隔開的距離在約56nm至約496
nm之間。更具體來說，第一導電觸點144a可與第二導電觸點144b和/或第四導電觸點144d間隔約40nm至約350nm之間；第三導電觸點144c可與第二導電觸點144b和/或第四導電觸點144d間隔約40nm至約350nm之間；第一導電觸點144a可與第三導電觸點144c間隔約56nm至約496nm之間；和/或第二導電觸點144b可與第四導電觸點144d間隔約56nm至約496nm之間。
在第二半導體基底124中設置有選擇性導電通道區304。選擇性導電通道區304是主動區126的第一部分的一部分且在第一源極/汲極區136a與第二源極/汲極區136b之間側向地延伸。在一些實施例中，選擇性導電通道區304是由第一讀出電晶體130a在第一源極/汲極區136a與第二源極/汲極區136b之間選擇性地形成的導電通道而界定。在其他實施例中，選擇性導電通道區304可通過使實質上直的線分別從第一源極/汲極區136a的相對側延伸到第二源極/汲極區136b的相對側來界定。
選擇性導電通道區具有第二寬度W 2 及第二長度L 2 。選擇性導電通道區304的面積等於第二長度L 2 乘以第二寬度W 2 。在一些實施例中，選擇性導電通道區304的面積的至少一半設置在FDNC區302的周界內。
第一導電線142中的第一個(在下文中稱為“第一導電線142a”)設置在第二半導體基底124及第一讀出電晶體130a之上。在一些實施例中，第一導電線142a直接上覆在第一多個光探測器106a至106d中的每一者、浮動擴散節點112a至112d中的每
一者、第一隔離結構108及第一源極/汲極區136a上。在又一些實施例中，第一導電線142a是連續的且僅沿單一側向平面側向地延伸。在再一些實施例中，第一導電線142a可為與FDN觸點144a至144d及第五導電觸點140a最接近的導電線(例如，金屬1)。在其他實施例中，其他導電線可設置在FDN觸點144a至144d與第一導電線142a之間(例如，第一導電線142a可位於金屬2、金屬3、金屬4等上)。
在一些實施例中，FDN觸點144a至144d及第五導電觸點140a電耦合到第一導電線142a。換句話說，第一導電線142a將FDN觸點144a至144d中的每一者與第五導電觸點140a電耦合在一起。在此種實施例中，FDN觸點144a至144d整體地延伸穿過第一ILD結構120、整體地延伸穿過第二半導體基底124(或第二隔離結構128)並到達第二ILD結構138中，以將浮動擴散節點112a至112d電耦合到第一導電線142a。為清晰起見，導電觸點中的一些(例如，FDN觸點144a至144d及第五導電觸點140a)由設置在方框中的六邊星號例示，以說明此種導電觸點電耦合在一起。
由於選擇性導電通道區304的面積的至少一半在FDNC區302的周界內，且由於FDN觸點144a至144d及第五導電觸點140a電耦合到第一導電線142a，因此第一內連線結構的總導電面積可進一步減小。因此，低雜訊影像感測器100的雜訊性能可進一步改善。
圖4說明圖3所示第一陣列202a的一些其他實施例的佈局圖。
如圖4中所示，第一阱延伸區204與第五阱延伸區402二者均側向地從第一阱區延伸。第五阱延伸區402在與第一阱延伸區204相反的方向上延伸。第五阱延伸區402是主動區126的一部分且電耦合到第一阱區。在一些實施例中，第五阱延伸區402至少部分地直接設置在第一隔離結構108之上。在又一些實施例中，第五阱延伸區402整體地直接設置在第一隔離結構108之上。
第一導電觸點中的第十二個(在下文中稱為“第十六導電觸點140m”)電耦合到第五阱延伸區402。在一些實施例中，第十六導電觸點140m直接設置在第一隔離結構108之上。在又一些實施例中，第十六導電觸點140m用以在第五阱延伸區402與接地之間提供電連接。
圖5說明圖3所示第一陣列202a的一些其他實施例的佈局圖。
如圖5中所示，在第二半導體基底124中設置有第三摻雜區502。第三摻雜區502是具有第二摻雜類型的第二半導體基底124的一部分。第三摻雜區502直接接觸第一源極/汲極區136a，從而使得第三摻雜區502電耦合到第一源極/汲極區136a。
在一些實施例中，FDN觸點144a至144d及第五導電觸點140a電耦合到第三摻雜區502。換句話說，第三摻雜區502將FDN觸點144a至144d中的每一者與第五導電觸點140a電耦合在
一起。在此種實施例中，FDN觸點144a至144d可不整體地延伸穿過第二半導體基底124。確切來說，FDN觸點144a至144d可延伸穿過第一ILD結構120並到達第二半導體基底124(或部分地延伸到第二半導體基底124中)，以將浮動擴散節點112a至112d電耦合到第三摻雜區502。由於FDN觸點144a至144d及第五導電觸點140a電耦合到第三摻雜區502，因此第一內連線結構的總導電面積可進一步減小。因此，低雜訊影像感測器100的雜訊性能可進一步改善。
圖6說明圖2所示第二陣列202b的一些其他實施例的佈局圖。
如圖6中所示，第二阱延伸區206與第六阱延伸區602二者均側向地從第二阱區延伸。第六阱延伸區602在與第二阱延伸區206相反的方向上延伸。第六阱延伸區602是主動區126的一部分且電耦合到第二阱區。在一些實施例中，第六阱延伸區602至少部分地直接設置在第一隔離結構108之上。在又一些實施例中，第六阱延伸區602整體地直接設置在第一隔離結構108之上。
第一導電觸點中的第十三個(在下文中稱為“第十七導電觸點140n”)電耦合到第六阱延伸區602。在一些實施例中，第十七導電觸點140n直接設置在第一隔離結構108之上。在又一些實施例中，第十七導電觸點140n用以在第六阱延伸區602與接地之間提供電連接。
在一些實施例中，第一導電觸點中的第十四個(在下文
中稱為“第十八導電觸點140o”)電耦合到第四源極/汲極區136d。在又一些實施例中，第十八導電觸點直接設置在第一隔離結構108之上。
圖7說明圖6所示第二陣列202b的一些其他實施例的佈局圖。
如圖7中所示，在一些實施例中，僅第二阱延伸區206側向地從第二阱區延伸。將理解，在一些實施例中，僅第六阱延伸區602可側向地從第二阱區延伸。
圖8說明沿線A-A’截取的圖2所示低雜訊影像感測器100的一些實施例的剖視圖。
如圖8中所示，低雜訊影像感測器100包括多個側壁間隔壁702a至702d。側壁間隔壁702a至702d沿著轉移閘電極116的側壁及讀出閘電極132a至132c的側壁設置。例如，第一側壁間隔壁702a設置在第一半導體基底102之上並沿著轉移閘電極116的側壁；第二側壁間隔壁702b設置在第二半導體基底124之上並沿著第一讀出閘電極132a的側壁及第一讀出閘極介電質134a的側壁；第三側壁間隔壁702c設置在第二半導體基底124之上並沿著第二讀出閘電極132b的側壁及第二讀出閘極介電質134b的側壁；並且第四側壁間隔壁702d設置在第二半導體基底124之上並沿著第三讀出閘電極132c的側壁及第三讀出閘極介電質134c的側壁。在一些實施例中，側壁間隔壁702a至702d可包含(例如)氮化物(例如，氮化矽(SiN))、氮氧化物(例如，氮氧化矽
(SiOXNY))等。
第二ILD結構138包括下部ILD結構704及上部ILD結構706。下部ILD結構704將上部ILD結構706與第二半導體基底124分隔開。在一些實施例中，下部ILD結構704具有與第一導電觸點140的上表面及第二導電觸點144的上表面實質上共面的上表面。
在一些實施例中，第一導電線142、多個第一導通孔708(例如，金屬通孔)及多個第一接觸焊盤710(例如，金屬接觸焊盤)設置在上部ILD結構706中。將理解，在一些實施例中，在上部ILD結構706中可堆疊有任何數目的第一導電線142及第一導通孔708。在又一些實施例中，上部ILD結構706具有與第一接觸焊盤710的上表面實質上共面的上表面。第一導電觸點140、第二導電觸點144、第一導電線142、第一導通孔708及第一接觸焊盤710以預定方式電耦合在一起，且用以在設置在第一半導體基底102及第二半導體基底124上/第一半導體基底102及第二半導體基底124之上的各種裝置(例如，浮動擴散節點112a至112d、轉移閘極114a至114d、拾取阱接觸區110a至110d、讀出電晶體130a至130c)之間提供電連接。在再一些實施例中，第一導通孔708及第一接觸焊盤710可至少部分地界定第一內連線結構。
在第二ILD結構138、第二半導體基底124及第一半導體基底102之上設置有集成晶片(integrated chip，IC)712。在一些實施例中，IC 712包括應用專用積體電路(application-specific
integrated circuit，ASIC)。IC 712包括第三半導體基底714。在第三半導體基底714上設置有多個半導體裝置716a至716c(例如，p通道MOSFET、n通道MOSFET等)。在一些實施例中，半導體裝置716a至716c是用以處理由讀出電晶體130a至130c輸出的信號的影像處理裝置。在又一些實施例中，在第三半導體基底714中以及在半導體裝置716a至716c之間設置有第三隔離結構718。
在第三半導體基底714與第二ILD結構138之間設置有第三ILD結構720。在第三ILD結構720中設置有多個第三導電觸點722(例如，金屬觸點)、多個第二導電線724(例如，金屬線)、多個第二導通孔726(例如，金屬通孔)及多個第二接觸焊盤728(例如，金屬接觸焊盤)。在一些實施例中，第三ILD結構具有與第二接觸焊盤728的下表面實質上共面的下表面。第三導電觸點722、第二導電線724、第二導通孔726及第二接觸焊盤728以預定方式電耦合在一起，且用以在設置在第三半導體基底714上的各種裝置(例如，半導體裝置716a至716c)之間提供電連接。在又一些實施例中，第三導電觸點722、第二導電線724、第二導通孔726及第二接觸焊盤728可至少部分地界定第二內連線結構。
第三ILD結構720接合到第二ILD結構138。第一接觸焊盤710分別接合到第二接觸焊盤728，從而使得第一接觸焊盤710分別電耦合到第二接觸焊盤728。因此，轉移閘極114a至114d、讀出電晶體130a至130c及半導體裝置716a至716c可通過第一內連線結構及第二內連線結構以預定方式電耦合在一起。在
一些實施例中，接合在一起的第一接觸焊盤710與第二接觸焊盤728被稱為接合接觸焊盤。
第一轉移閘極114a設置在第一光探測器106a的相對側之間。第一轉移閘極114a的轉移閘極介電質118設置在第一轉移閘極114a的轉移閘電極116與第一光探測器106a之間。在一些實施例中，第一轉移閘極114a設置在第一拾取阱接觸區110a與第一浮動擴散節點112a之間。在又一些實施例中，第一轉移閘極114a垂直地延伸穿過第一半導體基底102的前側102f，從而使得第一半導體基底102的前側102f設置在第一轉移閘極114a的轉移閘電極116的上表面與下表面之間。第一轉移閘極114a的轉移閘極介電質118的上表面可與第一半導體基底102的前側102f實質上共面。在又一些實施例中，第一拾取阱接觸區110a設置在第一光探測器106a的相對側之間。在再一些實施例中，第二導電觸點144中的一者電耦合到第一拾取阱接觸區110a，且第二導電觸點144中的另一者電耦合到第一轉移閘極114a的轉移閘電極116。
在一些實施例中，第一半導體基底102、第二半導體基底124及第三半導體基底714可包括任何類型的半導體本體(例如，塊狀單晶矽/塊狀CMOS、矽鍺(SiGe)、絕緣體上矽(silicon on insulator，SOI)等)。在又一些實施例中，第二半導體基底124的厚度可小於第一半導體基底102和/或第三半導體基底714的厚度。在再一些實施例中，第二半導體基底124的厚度可使得由所述多個讀出電晶體130a至130c形成的導電通道可從第二半導體
基底124的上表面充分地延伸到第二半導體基底124的底表面(例如，充分空乏)，或者可在第二半導體基底124的上表面與第二半導體基底124的下表面之間部分地延伸(例如，部分空乏)。
在一些實施例中，所述多個光探測器106a至106h中的每一者可包括光探測器集電區(未示出)，光探測器集電區具有與第一摻雜類型不同的第二摻雜類型(例如，n型)。在又一些實施例中，拾取阱接觸區110a至110d可具有比第一摻雜區104高的第一摻雜類型摻雜劑摻雜濃度。拾取阱接觸區110a至110d用以在導電觸點與第一摻雜區104之間提供低電阻區。在再一些實施例中，第一隔離結構108可為充分地或部分地延伸穿過第一半導體基底102的背側深溝槽隔離(back-side deep trench isolation，BDTI)結構。
在一些實施例中，轉移閘電極116及讀出閘電極132a至132c可包含例如經摻雜多晶矽(例如，n型/p型多晶矽)、金屬(例如，鎢(W)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、矽化鎳(NiSi)等)等。在又一些實施例中，轉移閘極介電質118及讀出閘極介電質134a至134c可包含例如氧化物(例如，二氧化矽(SiO2))、高介電常數(high-k)介電材料(例如，氧化鉿(HfO2)、氧化鋯(ZrO2)或介電常數大於約3.9的一些其他介電材料)等。
在一些實施例中，第二隔離結構128及第三隔離結構718可為例如淺溝槽隔離(shallow trench isolation，STI)結構、深溝槽隔離結構(DTI)等。在又一些實施例中，第一ILD結構
120、第二ILD結構138及第三ILD結構720包括一個或多個經堆疊的ILD層，所述一個或多個經堆疊的ILD層可分別包括低介電常數(low-k)介電質(例如，介電常數小於約3.9的介電材料)、氧化物(例如，SiO2)等。在又一些實施例中，第一導電線142、第一導通孔708、第一接觸焊盤710、第二導電線724、第二導通孔726及第二接觸焊盤728可包含例如銅(Cu)、Al、金(Au)、W等。在再一些實施例中，第一導電觸點140、第二導電觸點144及第三導電觸點722可包含例如W、Cu、Al等。
圖9說明圖1所示低雜訊影像感測器100的一些其他實施例的剖視圖。
如圖9中所示，在第一半導體基底102的背側102b下方設置有減反射層802。在一些實施例中，減反射層802接觸光探測器106、第一隔離結構108及第一摻雜區104。減反射層802用以減少由第一半導體基底102反射的入射輻射的量。在一些實施例中，減反射層802包含例如氧化物、高k介電質、氮化物等。在又一些實施例中，減反射層802可包括包含氧化物的第一層，所述第一層堆疊在包含高k介電質的第二層上，反之亦然。
在減反射層802上設置有多個濾光片804(例如，紅外濾光片、紅色濾光片、藍色濾光片、綠色濾光片等)。在一些實施例中，濾光片804佈置在減反射層802下面的陣列中。在又一些實施例中，濾光片804分別設置在所述多個光探測器106a至106h下方。濾光片804用以分別透射特定波長的入射輻射。例如，第
一濾光片(例如，紅色濾光片)可透射波長在第一範圍內的光，而第二濾光片(例如，藍色濾光片)可透射波長在與第一範圍不同的第二範圍內的光。此外，在濾光片804上分別設置有多個微透鏡806。微透鏡806用以將入射輻射分別朝所述多個光探測器106a至106h聚焦。
圖10說明圖9所示低雜訊影像感測器100的一些其他實施例的剖視圖。
如圖10中所示，轉移閘極114不延伸到第一半導體基底102中。確切來說，轉移閘極114設置在第一半導體基底102之上。在此種實施例中，轉移閘極114可被稱為平面轉移閘極。在又一些此種實施例中，轉移閘極介電質118及轉移閘電極116均可設置在第一半導體基底102之上。在再一些此種實施例中，包括第二摻雜類型的經摻雜通道區902設置在第一半導體基底102中。經摻雜通道區902直接設置在光探測器106與轉移閘極114之間。
圖11說明圖9所示低雜訊影像感測器100的一些其他實施例的剖視圖。
如圖11中所示，減反射層802的上表面是非平的(non-planar)。在此種實施例中，減反射層802可從第一半導體基底102的背側102b下方延伸到第一半導體基底102中。在一些實施例中，減反射層802包括第一減反射層802a及第二減反射層802b。在一些實施例中，第一減反射層802a可包含例如高k介電
質、氮化物等。在又一些實施例中，第二減反射層802b可包含例如氧化物(例如SiO2)等。
圖12說明圖9所示低雜訊影像感測器100的一些其他實施例的剖視圖。
如圖12中所示，第一隔離結構108僅部分地延伸穿過第一半導體基底102。在此種實施例中，第一摻雜區104可設置在第一隔離結構108的上表面與第一半導體基底102的前側102f之間。
圖13說明圖9所示低雜訊影像感測器100的一些其他實施例的剖視圖。
如圖13中所示，第一隔離結構108不設置在第一半導體基底102中。確切來說，僅第一半導體基底的部分(例如，第一摻雜區104的部分)可設置在光探測器106的相對側上。
圖14至圖28說明形成圖9所示低雜訊影像感測器100的一些實施例的一系列剖視圖。
如圖14中所示，在第一半導體基底102中設置第一半導體基底102，且在第一半導體基底102中形成光探測器106。在一些實施例中，在形成光探測器106之前，在第一半導體基底102中形成具有第一摻雜類型(例如，p型/n型)的第一摻雜區104。在又一些實施例中，用於形成第一摻雜區104的工藝包括執行第一植入工藝(例如，毯覆離子植入工藝(blanket ion implantation process))，以將第一摻雜類型摻雜劑(例如，p型摻雜劑)植入到
第一半導體基底102中。光探測器106是具有與第一摻雜類型相反的第二摻雜類型(例如，n型/p型)的第一半導體基底102的區。在一些實施例中，可通過選擇性植入工藝(selective implant process)(例如，選擇性離子植入工藝)來形成光探測器106，選擇性植入工藝利用位於第一半導體基底102的前側102f上的第一遮掩層(masking layer)(未示出)來選擇性地將第二摻雜類型摻雜劑(例如，n型摻雜劑)植入到第一半導體基底102中。隨後，在一些實施例中，剝除掉第一遮掩層。在又一些實施例中，可在第一半導體基底102中形成經摻雜通道區902。可在光探測器106的一部分與第一半導體基底102的前側102f之間形成經摻雜通道區902。可通過選擇性植入工藝形成經摻雜通道區902，選擇性植入工藝利用位於第一半導體基底102的前側102f上且部分地覆蓋光探測器106的第二遮掩層(未示出)來選擇性地將第二摻雜類型摻雜劑植入到第一半導體基底102中。隨後，在一些實施例中，剝除掉第二遮掩層。
如圖15中所示，在第一半導體基底102中/第一半導體基底102之上形成轉移閘極114。在一些實施例中，用於形成轉移閘極114的工藝包括選擇性地刻蝕第一半導體基底102以形成從第一半導體基底102的前側102f延伸到第一半導體基底102中的轉移閘極開口。在又一些實施例中，選擇性地刻蝕第一半導體基底102包括在第一半導體基底102的前側102f上形成遮掩層(未示出)，且隨後將第一半導體基底102暴露於用以選擇性地移除第
一半導體基底102的未遮掩部分的刻蝕劑(例如，濕/乾刻蝕劑)。
此後，在第一半導體基底102的前側102f上沉積或生長閘極介電層(未示出)而為轉移閘極開口進行襯墊。在一些實施例中，可通過例如化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)、物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)、原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)、熱氧化(thermal oxidation)、濺鍍(sputtering)、一些其他沉積或生長工藝或者前述的組合來沉積或生長閘極介電層。在又一些實施例中，可在閘極介電層中執行平坦化工藝(例如，化學機械拋光(chemical-mechanical polishing，CMP))，從而形成轉移閘極介電質118。
此後，可在第一半導體基底102的前側102f上及轉移閘極介電質118上沉積閘電極層。在一些實施例中，可通過例如CVD、PVD、ALD、濺鍍、電化學鍍覆(electrochemical plating)、無電鍍覆(electroless plating)、一些其他沉積工藝或前述的組合來沉積閘極介電層。在一些實施例中，可通過選擇性刻蝕工藝形成轉移閘電極116，選擇性刻蝕工藝利用位於閘電極層上的遮掩層(未示出)來選擇性地將閘電極層暴露於會移除閘電極層的未遮掩部分的刻蝕劑(例如，濕/乾刻蝕劑)。隨後，在一些實施例中，剝除掉遮掩層。將理解，在一些實施例中，可利用選擇性刻蝕工藝來形成轉移閘極介電質118。
如圖16中所示，在第一半導體基底102之上沿著轉移閘電極116的側形成多個側壁間隔壁702的第一側壁間隔壁。此
外，在第一半導體基底102中形成拾取阱接觸區110及浮動擴散節點112。拾取阱接觸區110是第一半導體基底102的具有比第一摻雜區104高的第一摻雜類型摻雜劑摻雜濃度的區。浮動擴散節點112是具有第二摻雜類型的第一半導體基底102的區。
在一些實施例中，可通過在第一半導體基底102之上沉積覆蓋轉移閘電極116的第一間隔壁層(未示出)來形成第一側壁間隔壁。在又一些實施例中，可通過PVD、CVD、ALD、濺鍍等來沉積第一間隔壁層。隨後刻蝕第一間隔壁層以從水準表面移除第一間隔壁層，從而留下沿著轉移閘電極116的相對側的第一間隔壁層來作為第一側壁間隔壁。在各種實施例中，第一間隔壁層可包含(例如)氮化物(例如，SiN)、氮氧化物(例如，SiOXNY)等。
在一些實施例中，可通過第一選擇性植入工藝形成拾取阱接觸區110，第一選擇性植入工藝利用位於第一半導體基底102的前側102f上及轉移閘極114上的第一遮掩層(未示出)來選擇性地將第一摻雜類型摻雜劑植入到第一半導體基底102中。隨後，在一些實施例中，剝除掉第一遮掩層。在又一些實施例中，可通過第二選擇性植入工藝形成浮動擴散節點112，第二選擇性植入工藝利用位於第一半導體基底102的前側102f上及轉移閘極114上的第二遮掩層(未示出)來選擇性地將第二摻雜類型摻雜劑植入到第一半導體基底102中。隨後，在一些實施例中，剝除掉第二遮掩層。
如圖17中所示，在第一半導體基底102及轉移閘極114之上形成第一ILD結構120。在一些實施例中，第一ILD結構120可形成有實質上平的上表面。在又一些實施例中，用於形成第一ILD結構120的工藝包括在第一半導體基底102上沉積覆蓋轉移閘極114的ILD層。可通過CVD、PVD、濺鍍或一些其他沉積工藝來沉積ILD層。此後，可對ILD層執行平坦化工藝(例如，CMP)。
如圖18中所示，提供包括主動區126的第二半導體基底124，並將第二半導體基底124接合到第一半導體基底102。在第二半導體基底124上設置接合結構122。在一些實施例中，接合結構122可包含例如氧化物(例如，SiO2)、氮化物(例如，SiN)、氮氧化物(例如，SiOXNY)等。在又一些實施例中，用於將第二半導體基底124接合到第一半導體基底102的工藝包括定位第二半導體基底124，以使接合結構122面對第一ILD結構120。此後，將接合結構122直接接合到第一ILD結構120(例如，通過直接接合工藝)。
如圖19中所示，將第二半導體基底124薄化。在一些實施例中，可將第二半導體基底124薄化，以使第二半導體基底124的厚度小於第一半導體基底102的厚度。在又一些實施例中，可將第二半導體基底124薄化到小於約100微米(um)、小於約10um、小於約1um或小於約100nm的厚度。在再一些實施例中，可通過例如研磨(grinding)、CMP或一些其他薄化工藝將第二半導體基底124薄化。將理解，在主動區經摻雜(例如，具有第一
摻雜類型)的實施例中，可在將第二半導體基底124接合到第一半導體基底102(例如，通過離子植入工藝)之前或之後形成主動區126。
如圖20中所示，在第二半導體基底124中形成第二隔離結構128。在一些實施例中，可通過以下方式來形成第二隔離結構128：選擇性地刻蝕第二半導體基底124以在第二半導體基底124中形成隔離結構開口，且隨後以介電材料填充隔離結構開口。在又一些實施例中，通過以下方式選擇性地刻蝕第二半導體基底124：在第二半導體基底124上形成遮掩層(未示出)，且隨後將第二半導體基底124暴露於用以選擇性地移除第二半導體基底124的未遮掩部分的刻蝕劑。在再一些實施例中，介電材料可包含氧化物(例如SiO2)、氮化物、碳化物等。
如圖21中所示，在第二半導體基底124之上形成讀出閘極介電質134及讀出閘電極132。在一些實施例中，用於形成讀出閘極介電質134及讀出閘電極132的工藝包括在第二半導體基底124上沉積和/或生長(例如，通過CVD、PVD、ALD、熱氧化、濺鍍等)讀出閘極介電層(未示出)。此後，可在讀出閘極介電層上沉積(例如，通過CVD、PVD、ALD、濺鍍、電化學鍍覆、無電鍍覆等)讀出閘電極層(未示出)。隨後，通過利用位於讀出閘電極層上的遮掩層(未示出)選擇性地刻蝕讀出閘極介電層及讀出閘電極層，從而分別形成讀出閘極介電質134及讀出閘電極132。隨後，在一些實施例中，剝除掉遮掩層。
如圖22中所示，在第二半導體基底124之上沿著讀出閘電極132及讀出閘極介電質134的側形成所述多個側壁間隔壁702的第二側壁間隔壁。此外，在第二半導體基底124中形成第一對源極/汲極區136a至136b。第一對源極/汲極區136a至136b是具有第一摻雜類型或第二摻雜類型的第二半導體基底124的部分。在一些實施例中，第一對源極/汲極區136a至136b具有與主動區126相反的摻雜類型。
在一些實施例中，可通過在第二半導體基底124之上沉積覆蓋讀出閘電極132及讀出閘極介電質134的第二間隔壁層(未示出)來形成第二側壁間隔壁。在又一些實施例中，可通過PVD、CVD、ALD、濺鍍等來沉積第二間隔壁層。隨後刻蝕第二間隔壁層以從水準表面移除第二間隔壁層，從而留下沿著讀出閘電極132的相對側及讀出閘極介電質134的相對側的第二間隔壁層來作為第二側壁間隔壁。在各種實施例中，第二間隔壁層可包含(例如)氮化物(例如，SiN)、氮氧化物(例如，SiOXNY)等。
在一些實施例中，可通過選擇性植入工藝(例如，選擇性離子植入工藝)來形成第一對源極/汲極區136a至136b，選擇性植入工藝利用位於第二半導體基底124上的遮掩層(未示出)來選擇性地將第二摻雜類型摻雜劑(或第一摻雜類型摻雜劑)植入到第二半導體基底124中。隨後，在一些實施例中，剝除掉遮掩層。在又一些實施例中，讀出閘電極132可用作遮掩層(例如，自對準閘極工藝(self-aligned gate process))。在再一些實施例中，
在形成第一對源極/汲極區136a至136b之後，讀出電晶體130的形成可完成。
如圖23中所示，在第二半導體基底124之上及讀出電晶體130之上形成下部ILD結構704。在一些實施例中，下部ILD結構704可形成有實質上平的上表面。在又一些實施例中，用於形成下部ILD結構704的工藝包括在第二半導體基底124上沉積覆蓋讀出電晶體130的ILD層。可通過CVD、PVD、濺鍍或一些其他沉積工藝來沉積ILD層。此後，可對ILD層執行平坦化工藝(例如，CMP)。
圖23中還示出形成延伸穿過下部ILD結構704、第二半導體基底124、接合結構122及第一ILD結構120的多個第二導電觸點144。第二導電觸點144被形成為分別從拾取阱接觸區110、轉移閘電極116及浮動擴散節點112垂直地延伸。在一些實施例中，用於形成第二導電觸點144的工藝包括形成分別對應於第二導電觸點144的多個第一導電觸點開口。第一導電觸點開口延伸穿過下部ILD結構704、第二半導體基底124、接合結構122及第一ILD結構120。可通過選擇性刻蝕工藝形成第一導電觸點開口，選擇性刻蝕工藝利用位於下部ILD結構704上的遮掩層(未示出)將下部ILD結構704、第二半導體基底124、接合結構122及第一ILD結構120選擇性地暴露於會移除下部ILD結構704、第二半導體基底124、接合結構122及第一ILD結構120的未遮掩部分的刻蝕劑。隨後，在一些實施例中，剝除掉遮掩層。
此後，在下部ILD結構704上沉積填充第一導電觸點開口的導電材料(例如，W)。隨後，在導電材料中執行平坦化工藝(例如，CMP)，從而形成第二導電觸點144。在一些實施例中，可通過CVD、PVD、ALD、濺鍍、電化學鍍覆、無電鍍覆、一些其他沉積工藝或前述的組合來沉積導電材料。
如圖24中所示，形成延伸穿過下部ILD結構704的多個第一導電觸點140。第一導電觸點140被形成為分別從所述一對源極/汲極區136a至136b的源極/汲極區以及讀出閘電極132垂直地延伸。在一些實施例中，用於形成第一導電觸點140的工藝包括形成多個第二導電觸點開口，所述第二導電觸點開口延伸穿過下部ILD結構704以分別到達第一對源極/汲極區136a至136b的源極/汲極區以及讀出閘電極132。可通過選擇性刻蝕工藝形成第二導電觸點開口，選擇性刻蝕工藝利用位於下部ILD結構704上的遮掩層(未示出)來選擇性地將下部ILD結構704暴露於會移除下部ILD結構704的未遮掩部分的刻蝕劑。隨後，在一些實施例中，剝除掉遮掩層。
此後，在下部ILD結構704上沉積填充第二導電觸點開口的導電材料(例如，W)。隨後，在導電材料中執行平坦化工藝(例如，CMP)，從而形成第一導電觸點140。在一些實施例中，可通過CVD、PVD、ALD、濺鍍、電化學鍍覆、無電鍍覆、一些其他沉積工藝或前述的組合來沉積導電材料。
如圖25中所示，在下部ILD結構704、第一導電觸點
140及第二導電觸點144之上形成上部ILD結構706、多個第一導電線142、多個第一導通孔708及多個第一接觸焊盤710。上部ILD結構706可形成有實質上平的上表面。在一些實施例中，用於形成上部ILD結構706的工藝包括在下部ILD結構704、第一導電觸點140及第二導電觸點144之上沉積彼此堆疊的多個ILD層。可通過CVD、PVD、濺鍍、一些其他沉積工藝或前述的組合來沉積ILD材料。在又一些實施例中，可對所述多個ILD層中的一者或多者執行平坦化工藝(例如，CMP)。
在一些實施例中，用於形成第一導電線142、第一導通孔708及第一接觸焊盤710的工藝包括在下部ILD結構704、第一導電觸點140及第二導電觸點144之上形成第一ILD層。選擇性地刻蝕第一ILD層以形成對應於第一組第一導電線142的第一組導電線開口(未示出)。在第一ILD結構上沉積填充第一組導電線開口的導電材料(例如，Cu)。在導電材料中執行平坦化工藝(例如，CMP)，從而形成第一組第一導電線142。
此後，在第一組導電線及第一ILD層之上形成第二ILD層。選擇性地刻蝕第二ILD層以形成對應於第一組第一導通孔708的第一組導通孔開口(未示出)。在第二ILD結構上沉積填充第一組導通孔開口的導電材料(例如，Cu)。在導電材料中執行平坦化工藝(例如，CMP)，從而形成第一組第一導通孔708。重複此工藝(例如，交替形成導電線及導通孔)，直到形成第一導電線142及第一導通孔708為止。
此後，在第一導電線142、第一ILD層、第一導通孔708及第二ILD層之上形成第三ILD層。選擇性地刻蝕第三ILD層以形成分別對應於第一接觸焊盤710的多個接觸焊盤開口(未示出)。在第三ILD結構上沉積填充接觸焊盤開口的導電材料(例如，Cu、Au等)。在導電材料中執行平坦化工藝(例如，CMP)，從而形成第一接觸焊盤710。在再一些實施例中，在形成上部ILD結構706之後，第二ILD結構138的形成可完成。
如圖26中所示，將集成晶片(IC)712接合到接合在一起的第一半導體基底與第二半導體基底。在一些實施例中，IC 712包括第三半導體基底714、多個半導體裝置716a至716b、第三隔離結構718、第三ILD結構720、多個第三導電觸點722、多個第二導電線724、多個第二導通孔726及多個第二接觸焊盤728。在又一些實施例中，用於將IC 712接合到接合在一起的第一半導體基底與第二半導體基底的工藝包括定位IC 712，以使第二接觸焊盤728分別與第一接觸焊盤710實質上對準並面對第一接觸焊盤710。此後，將第一接觸焊盤710分別直接接合到第二接觸焊盤728(例如，通過混合接合工藝、直接接合工藝等)。
如圖27中所示，在第一半導體基底102中形成第一隔離結構108。此外，在一些實施例中，可將第一半導體基底102薄化(例如，通過研磨、CMP等)。在一些實施例中，可在於第一半導體基底102中形成第一隔離結構108之前將第一半導體基底102薄化。
在一些實施例中，用於形成第一隔離結構108的工藝包括：選擇性地刻蝕第一半導體基底102以在第一半導體基底102中形成隔離結構開口，隔離結構開口從第一半導體基底102的背側102b延伸到第一半導體基底102中；以及隨後以介電材料填充隔離結構開口(例如，通過CVD、PVD、ALD、熱氧化、濺鍍等)。在又一些實施例中，通過以下方式選擇性地刻蝕第一半導體基底102：在第一半導體基底102的背側102b上形成遮掩層(未示出)，且隨後將第一半導體基底102暴露於用以選擇性地移除第一半導體基底102的未遮掩部分的刻蝕劑。在再一些實施例中，介電材料可包含氧化物(例如SiO2)、氮化物、碳化物等。在再一些實施例中，可在介電材料及第一半導體基底102中執行平坦化工藝(例如CMP)以形成實質上平的表面。
如圖28中所示，在第一半導體基底102的背側102b上形成減反射層802。在一些實施例中，在第一摻雜區104、光探測器106及第一隔離結構108上形成減反射層802。在一些實施例中，可通過CVD、PVD、ALD、濺鍍等來形成減反射層802。隨後，在一些實施例中，可對減反射層802執行平坦化工藝(例如，CMP)，以將減反射層802的上表面平坦化。
圖28中還示出在減反射層802上形成多個濾光片804(例如，紅外濾光片、紅色濾光片、藍色濾光片、綠色濾光片等)。在一些實施例中，濾光片804中的一者的中心點在垂直方向上與光探測器106的中心點實質上對準。在又一些實施例中，可通過
以下方式形成濾光片804：在減反射層802之上形成各種濾光層並以預定圖案選擇性地刻蝕各種濾光片層。濾光片層由容許具有特定波長範圍的輻射(例如，光)透射、同時阻擋波長在特定範圍之外的光的材料形成。隨後，在一些實施例中，可對濾光片層執行平坦化工藝(例如，CMP)，以將濾光片層的上表面平坦化。
圖28中還示出在濾光片804之上分別形成多個微透鏡806。在一些實施例中，微透鏡806的中心點在垂直方向上分別與濾光片804的中心點實質上對準。在又一些實施例中，可通過在濾光片804上沉積微透鏡材料(例如，通過旋轉塗布工藝(spin-on process)或一些其他沉積工藝)來形成微透鏡806。將具有彎曲上表面的微透鏡範本(未示出)圖案化在微透鏡材料上方。在一些實施例中，微透鏡範本可包含光刻膠材料，所述光刻膠材料被使用分散式曝光劑量(例如，對於負性光刻膠，在曲率的底部處暴露的光較多且在曲率的頂部處暴露的光較少)而曝光、顯影及烘焙以形成圓的形狀。接著通過根據微透鏡範本選擇性地刻蝕微透鏡材料來形成微透鏡806。在又一些實施例中，在形成微透鏡806之後，低雜訊影像感測器100的形成完成。
圖29說明形成具有堆疊式半導體基底的低雜訊影像感測器的方法的一些實施例的流程圖2900。儘管在本文中將圖29所示的流程圖2900說明並闡述為一系列動作或事件，然而將理解，此種動作或事件的所說明次序不應被解釋為具有限制性意義。例如，一些動作可以不同的次序發生和/或與除本文中所說明
和/或闡述的動作或事件以外的其他動作或事件同步地發生。此外，可能並非需要所有所說明的動作來實施本文中所作說明的一個或多個方面或實施例，且本文中所繪示的一個或多個動作可以一個或多個單獨的動作和/或階段施行。
在動作2902處，在第一半導體基底中形成光探測器。圖14說明對應於動作2902的一些實施例的剖視圖。
在動作2904處，在第一半導體基底上/第一半導體基底之上形成轉移閘極。圖15說明對應於動作2904的一些實施例的剖視圖。
在動作2906處，在第一半導體基底中形成浮動擴散節點及拾取阱接觸區。圖16說明對應於動作2906的一些實施例的剖視圖。
在動作2908處，在第一半導體基底及轉移閘極之上形成第一層間介電(ILD)結構。圖17說明對應於動作2908的一些實施例的剖視圖。
在動作2910處，將第二半導體基底接合到第一半導體基底。圖18說明對應於動作2910的一些實施例的剖視圖。
在動作2912處，在第二半導體基底上形成讀出電晶體。圖18至圖21說明對應於動作2912的一些實施例的一系列剖視圖。
在動作2914處，在第二半導體基底及讀出電晶體之上形成下部ILD結構。圖23說明對應於動作2914的一些實施例的剖視圖。
在動作2916處，分別形成從浮動擴散節點、轉移閘極及拾取阱接觸區垂直地延伸的多個第一導電觸點，其中第一導電觸點延伸穿過第一ILD結構、第二半導體基底及下部ILD結構。圖23說明對應於動作2916的一些實施例的剖視圖。
在動作2918處，在第二半導體基底之上及下部ILD結構中形成多個第二導電觸點。圖24說明對應於動作2918的一些實施例的剖視圖。
在動作2920處，在下部ILD結構、第一導電觸點及第二導電觸點之上形成上部ILD結構，其中在上部ILD結構中設置多個導電線、多個導通孔及多個接觸焊盤。圖25說明對應於動作2920的一些實施例的剖視圖。
在動作2922處，將集成晶片(IC)接合到接合在一起的第一半導體基底與第二半導體基底。圖26說明對應於動作2922的一些實施例的剖視圖。
在動作2924處，在第一半導體基底中形成隔離結構。圖27說明對應於動作2924的一些實施例的剖視圖。
在動作2926處，在第一半導體基底上形成減反射層，在減反射層上形成多個濾光片，且在濾光片上形成多個微透鏡。圖28說明對應於動作2926的一些實施例的剖視圖。
在一些實施例中，本申請提供一種影像感測器。所述影像感測器包括第一半導體基底，第一半導體基底包括光探測器及浮動擴散節點。轉移閘極設置在第一半導體基底之上，其中轉移
閘極至少部分地設置在光探測器的相對側之間。第二半導體基底與第一半導體基底垂直地間隔開，其中第二半導體基底包括第一表面及與第一表面相對的第二表面。讀出電晶體設置在第二半導體基底上，其中第二表面設置在轉移閘極與讀出電晶體的閘極之間。第一導電觸點電耦合到轉移閘極且從轉移閘極垂直地延伸穿過第一表面與第二表面二者。
在一些實施例中，所述讀出電晶體包括：第一源極/汲極區，設置在所述第二半導體基底中，其中所述第一源極/汲極區通過導電路徑電耦合到所述浮動擴散節點，且其中第二導電觸點至少部分地界定所述導電路徑。
在一些實施例中，所述第二導電觸點從所述浮動擴散節點垂直地延伸到所述第二半導體基底的導電區，且其中所述第一半導體基底的所述導電區至少部分地界定所述導電路徑。
在一些實施例中，所述的影像感測器進一步包括：內連線結構，包括多個導電線，其中：所述第二半導體基底位於所述多個導電線與所述第一半導體基底之間；所述第二導電觸點從所述浮動擴散節點延伸到所述多個導電線中的導電線；所述讀出電晶體的所述閘極位於所述導電線與所述第二表面之間；以及所述導電線至少部分地界定所述導電路徑。
在一些實施例中，所述內連線結構進一步包括：第三導電觸點，與所述第二導電觸點側向地間隔開且電耦合到所述導電線，其中所述第三導電觸點從所述導電線垂直地延伸到所述第一
源極/汲極區，且其中所述第三導電觸點至少部分地界定所述導電路徑。
在一些實施例中，所述的影像感測器進一步包括：所述第二半導體基底的主動區，其中所述主動區是具有第一摻雜類型的所述第二半導體基底的一部分；所述讀出電晶體的第二源極/汲極區，其中所述第一源極/汲極區及所述第二源極/汲極區二者具有與所述第一摻雜類型相反的第二摻雜類型，且其中所述第一源極/汲極區與所述第二源極/汲極區設置在所述主動區的相對側上；以及第四導電觸點，電耦合到所述主動區且與所述第二導電觸點電隔離，其中所述第二半導體基底位於所述第四導電觸點與所述第一半導體基底之間。
在一些實施例中，所述的影像感測器進一步包括：濾光片，通過所述第一半導體基底與所述第二半導體基底分隔開。
在一些實施例中，所述的影像感測器進一步包括：第三半導體基底，與所述第二半導體基底及所述第一半導體基底二者間隔開，其中：所述第二半導體基底位於所述第一半導體基底與所述第三半導體基底之間；並且在所述第三半導體基底上設置有影像處理裝置。
在一些實施例中，所述的影像感測器進一步包括：第一層間介電(ILD)結構，將所述光探測器、所述轉移閘極及所述浮動擴散節點與所述第二半導體基底分隔開；第二層間介電結構，通過所述第二半導體基底與所述第一層間介電結構分隔開；以及
第三層間介電結構，設置在所述第二層間介電結構與所述第三半導體基底之間，其中所述第一層間介電結構及所述第二層間介電結構二者位於所述轉移閘極與所述影像處理裝置之間。
在一些實施例中，所述的影像感測器進一步包括：第一內連線結構，設置在所述第二層間介電結構中；以及第二內連線結構，設置在所述第三層間介電結構中且電耦合到所述第一內連線結構，其中所述第二內連線結構通過一個或多個接合接觸焊盤電耦合到所述第一內連線結構。
在一些實施例中，本申請提供一種影像感測器。所述影像感測器包括多個光探測器，所述多個光探測器設置在第一半導體基底中，其中所述多個光探測器設置在陣列中。第一隔離結構設置在第一半導體基底中，其中第一隔離結構側向地環繞所述多個光探測器中的每一者。第二半導體基底與第一半導體基底及第一隔離結構垂直地間隔開，其中第二半導體基底包括第一表面及與第一表面相對的第二表面。多個浮動擴散節點設置在第一半導體基底中，其中所述多個浮動擴散節點分別設置在第二半導體基底與所述多個光探測器之間。多個第一導電觸點分別電耦合到所述多個浮動擴散節點，其中所述多個第一導電觸點分別在第二半導體基底與所述多個浮動擴散節點之間垂直地延伸。第一讀出電晶體設置在第二半導體基底上且至少部分地設置在所述多個第一導電觸點之間，其中第二表面設置在第一半導體基底與第一讀出電晶體的第一閘極之間。
在一些實施例中，所述的影像感測器進一步包括：多個第二導電觸點，通過所述第二半導體基底與所述第一半導體基底分隔開，其中：所述第一讀出電晶體包括設置在所述第二半導體基底中且位於所述第一閘極的相對側上的一對源極/汲極區；所述第二導電觸點分別電耦合到所述一對源極/汲極區及所述第一閘極；並且所述第二導電觸點直接設置在所述第一隔離結構之上。
在一些實施例中，所述的影像感測器進一步包括：主動區，設置在所述第二半導體基底中且在所述一對源極/汲極區之間連續地延伸；以及第三導電觸點，電耦合到所述主動區，其中所述第三導電觸點直接設置在所述第一隔離結構之上且通過所述第二半導體基底與所述第一半導體基底分隔開。
在一些實施例中，所述第一隔離結構完全延伸穿過所述第一半導體基底。
在一些實施例中，所述的影像感測器進一步包括：第二隔離結構，設置在所述第二半導體基底中且側向地環繞所述第一讀出電晶體，其中所述第一導電觸點垂直地延伸穿過所述第二隔離結構，從而使得所述第一表面及所述第二表面二者設置在所述第一導電觸點中每一者的上表面與下表面之間。
在一些實施例中，所述第一讀出電晶體包括：一對源極/汲極區，設置在所述第二半導體基底中及所述第一閘極的相對側上；以及選擇性導電通道，設置在所述第二半導體基底中且在所述一對源極/汲極區之間延伸，其中所述選擇性導電通道中的至少
一半設置在所述第一導電觸點之間。
在一些實施例中，兩個第一導電觸點之間的最大距離小於或等於約496奈米。
在一些實施例中，所述的影像感測器進一步包括：第一組光探測器，設置在所述第一閘極的第一側上，其中所述第一組光探測器包括所述多個光探測器中的兩個光探測器；第二組光探測器，設置在所述第一閘極的與所述第一側相對的第二側上，其中所述第二組光探測器包括所述多個光探測器中的另外兩個光探測器；以及第二讀出電晶體，設置在所述第二半導體基底上，其中所述第二讀出電晶體的第二閘極設置在所述第一組光探測器的與所述第一讀出電晶體相對的側上。
在一些實施例中，所述的影像感測器進一步包括：第一對源極/汲極區，設置在所述第二半導體基底中及所述第一閘極的相對側上，其中所述第二半導體基底的第一主動區在所述第一對源極/汲極區之間連續地延伸；第二對源極/汲極區，設置在所述第二半導體基底中及所述第二閘極的相對側上，其中所述第二半導體基底的第二主動區在所述第二對源極/汲極區之間連續地延伸；多個第二導電觸點，通過所述第二半導體基底與所述第一半導體基底分隔開，其中所述第二導電觸點分別電耦合到所述第一對源極/汲極區的源極/汲極區以及所述第一閘極，且其中所述第二導電觸點中的每一者直接設置在所述第一隔離結構之上；多個第三導電觸點，通過所述第二半導體基底與所述第一半導體基底分隔
開，其中所述第三導電觸點分別電耦合到所述第二對源極/汲極區的源極/汲極區以及所述第二閘極，且其中所述第三導電觸點中的每一者直接設置在所述第一隔離結構之上；以及第四導電觸點，電耦合到所述第二主動區，其中所述第四導電觸點直接設置在所述第一隔離結構之上且通過所述第二半導體基底與所述第一半導體基底分隔開。
在一些實施例中，本申請提供一種形成影像感測器的方法。所述方法包括在第一半導體基底中形成光探測器。在第一半導體基底之上形成轉移閘極。在第一半導體基底中形成浮動擴散節點。在第一半導體基底及轉移閘極之上形成第一層間介電(ILD)結構。將設置在第二半導體基底上的接合層接合到第一ILD結構。在第二半導體基底上及第一半導體基底之上形成讀出電晶體。在第二半導體基底及讀出電晶體之上形成第二ILD結構。將集成晶片(IC)接合到接合在一起的第一半導體基底與第二半導體基底，其中IC包括影像處理裝置，且其中第一ILD結構及第二ILD結構二者位於轉移閘極與影像處理裝置之間。
以上概述了若干實施例的特徵，以使所屬領域中的技術人員可更好地理解本公開的方面。所屬領域中的技術人員應知，其可容易地使用本公開作為設計或修改其他工藝及結構的基礎來施行與本文中所介紹的實施例相同的目的和/或實現與本文中所介紹的實施例相同的優點。所屬領域中的技術人員還應認識到，這些等效構造並不背離本公開的精神及範圍，而且他們可在不背離
本公開的精神及範圍的條件下對其作出各種改變、代替及變更。
100:低雜訊影像感測器
102:第一半導體基底
102b:背側
102f:前側
104:第一摻雜區
106:光探測器
108:第一隔離結構
110:拾取阱接觸區
112:浮動擴散節點
114:轉移閘極
116:轉移閘電極
118:轉移閘極介電質
120:第一層間介電(ILD)結構
122:接合結構
124:第二半導體基底
126:主動區
128:第二隔離結構
130:讀出電晶體
132:讀出閘電極
134:讀出閘極介電質
136a:第一源極/汲極區
138:第二ILD結構
140:第一導電觸點
142:第一導電線
144:第二導電觸點
Claims (10)
- 一種影像感測器，包括：第一半導體基底，包括光探測器及浮動擴散節點；轉移閘極，設置在所述第一半導體基底之上，其中所述轉移閘極至少部分地設置在所述光探測器的相對側之間；第二半導體基底，與所述第一半導體基底垂直地間隔開，其中所述第二半導體基底包括第一表面及與所述第一表面相對的第二表面；讀出電晶體，設置在所述第二半導體基底上，其中所述第二表面設置在所述轉移閘極與所述讀出電晶體的閘極之間；以及第一導電觸點，電耦合到所述轉移閘極且從所述轉移閘極垂直地延伸穿過所述第一表面與所述第二表面二者。
- 如請求項1所述的影像感測器，其中所述讀出電晶體包括：第一源極/汲極區，設置在所述第二半導體基底中，其中所述第一源極/汲極區通過導電路徑電耦合到所述浮動擴散節點，且其中第二導電觸點至少部分地界定所述導電路徑。
- 如請求項1所述的影像感測器，進一步包括：濾光片，通過所述第一半導體基底與所述第二半導體基底分隔開。
- 一種影像感測器，包括：多個光探測器，設置在第一半導體基底中，其中所述多個 光探測器設置在陣列中；第一隔離結構，設置在所述第一半導體基底中，其中所述第一隔離結構側向地環繞所述多個光探測器中的每一者；第二半導體基底，與所述第一半導體基底及所述第一隔離結構垂直地間隔開，其中所述第二半導體基底包括第一表面及與所述第一表面相對的第二表面；多個浮動擴散節點，設置在所述第一半導體基底中，其中所述多個浮動擴散節點分別設置在所述第二半導體基底與所述多個光探測器之間；多個第一導電觸點，分別電耦合到所述多個浮動擴散節點，其中所述多個第一導電觸點分別在所述第二半導體基底與所述多個浮動擴散節點之間垂直地延伸；以及第一讀出電晶體，設置在所述第二半導體基底上且至少部分地設置在所述多個第一導電觸點之間，其中所述第二表面設置在所述第一半導體基底與所述第一讀出電晶體的第一閘極之間。
- 如請求項4所述的影像感測器，進一步包括：多個第二導電觸點，通過所述第二半導體基底與所述第一半導體基底分隔開，其中：所述第一讀出電晶體包括設置在所述第二半導體基底中且位於所述第一閘極的相對側上的一對源極/汲極區；所述第二導電觸點分別電耦合到所述一對源極/汲極區及所述第一閘極；並且 所述第二導電觸點直接設置在所述第一隔離結構之上。
- 如請求項4所述的影像感測器，其中所述第一隔離結構完全延伸穿過所述第一半導體基底。
- 如請求項4所述的影像感測器，進一步包括：第二隔離結構，設置在所述第二半導體基底中且側向地環繞所述第一讀出電晶體，其中所述第一導電觸點垂直地延伸穿過所述第二隔離結構，從而使得所述第一表面及所述第二表面二者設置在所述第一導電觸點中每一者的上表面與下表面之間。
- 如請求項4所述的影像感測器，其中所述第一讀出電晶體包括：一對源極/汲極區，設置在所述第二半導體基底中及所述第一閘極的相對側上；以及選擇性導電通道，設置在所述第二半導體基底中且在所述一對源極/汲極區之間延伸，其中所述選擇性導電通道中的至少一半設置在所述第一導電觸點之間。
- 如請求項4所述的影像感測器，進一步包括：第一組光探測器，設置在所述第一閘極的第一側上，其中所述第一組光探測器包括所述多個光探測器中的兩個光探測器；第二組光探測器，設置在所述第一閘極的與所述第一側相對的第二側上，其中所述第二組光探測器包括所述多個光探測器中的另外兩個光探測器；以及 第二讀出電晶體，設置在所述第二半導體基底上，其中所述第二讀出電晶體的第二閘極設置在所述第一組光探測器的與所述第一讀出電晶體相對的側上。
- 一種形成影像感測器的方法，所述方法包括：在第一半導體基底中形成光探測器；在所述第一半導體基底之上形成轉移閘極；在所述第一半導體基底中形成浮動擴散節點；在所述第一半導體基底及所述轉移閘極之上形成第一層間介電結構；將設置在第二半導體基底上的接合層接合到所述第一層間介電結構；在所述第二半導體基底上及所述第一半導體基底之上形成讀出電晶體；在所述第二半導體基底及所述讀出電晶體之上形成第二層間介電結構；以及將集成晶片接合到接合在一起的所述第一半導體基底與所述第二半導體基底，其中所述集成晶片包括影像處理裝置，且其中所述第一層間介電結構及所述第二層間介電結構二者位於所述轉移閘極與所述影像處理裝置之間。
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Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11437416B2 (en) | 2019-09-10 | 2022-09-06 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Pixel device layout to reduce pixel noise |
| CN116057687A (zh) * | 2020-10-16 | 2023-05-02 | 索尼半导体解决方案公司 | 成像装置和电子设备 |
| KR20220164105A (ko) * | 2021-06-03 | 2022-12-13 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 및 이미지 센서의 제조 방법 |
| US20230069164A1 (en) * | 2021-08-30 | 2023-03-02 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. | Semiconductor image sensor and method for forming the same |
| US20230261021A1 (en) * | 2022-02-15 | 2023-08-17 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Image sensor having a gate dielectric structure for improved device scaling |
| TW202410428A (zh) * | 2022-03-15 | 2024-03-01 | 日商索尼半導體解決方案公司 | 光檢測裝置 |
| US20230343693A1 (en) * | 2022-04-25 | 2023-10-26 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd | Wafer-on-wafer Cascode HEMT Device |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201347163A (zh) * | 2012-05-04 | 2013-11-16 | Taiwan Semiconductor Mfg | 影像感測器裝置及其形成方法 |
| TW201419512A (zh) * | 2009-12-08 | 2014-05-16 | Zena Technologies Inc | 生長於背側照明影像感測器上之奈米線光偵測器 |
| TW201539728A (zh) * | 2014-04-10 | 2015-10-16 | Omnivision Tech Inc | 具有介電電荷捕捉裝置之影像感測器 |
| US20160165159A1 (en) * | 2014-12-05 | 2016-06-09 | Qualcomm Incorporated | Solid state image sensor with enhanced charge capacity and dynamic range |
| US20170208272A1 (en) * | 2014-06-06 | 2017-07-20 | Rambus Inc. | Image sensor with depletion-level pixel charge transfer control |
| US20170236854A1 (en) * | 2016-02-12 | 2017-08-17 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Backside illuminated (bsi) image sensor with a reflector |
| US20170243903A1 (en) * | 2012-04-25 | 2017-08-24 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Backside illuminated image sensor with negatively charged layer |
| US20180090537A1 (en) * | 2015-03-31 | 2018-03-29 | Dartmouth College | Image sensor and image sensor pixel having jfet source follower |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7432491B2 (en) * | 2005-05-06 | 2008-10-07 | Micron Technology, Inc. | Pixel with spatially varying sensor positions |
| JP5482025B2 (ja) * | 2009-08-28 | 2014-04-23 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器 |
| US8669135B2 (en) * | 2012-08-10 | 2014-03-11 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | System and method for fabricating a 3D image sensor structure |
| US9659987B2 (en) * | 2014-09-19 | 2017-05-23 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Approach for reducing pixel pitch using vertical transfer gates and implant isolation regions |
| CN108701697B (zh) * | 2016-03-30 | 2022-12-16 | 索尼公司 | 固态图像传感器、固态图像传感器的制造方法以及电子设备 |
| KR102483548B1 (ko) * | 2017-10-31 | 2023-01-02 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센싱 장치 |
| WO2019130702A1 (ja) * | 2017-12-27 | 2019-07-04 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 撮像装置 |
-
2019
- 2019-07-30 US US16/526,030 patent/US11482556B2/en active Active
-
2020
- 2020-02-10 CN CN202010084295.0A patent/CN111584528B/zh active Active
- 2020-02-10 TW TW109104031A patent/TWI727650B/zh active
-
2022
- 2022-06-30 US US17/854,590 patent/US20220336515A1/en active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201419512A (zh) * | 2009-12-08 | 2014-05-16 | Zena Technologies Inc | 生長於背側照明影像感測器上之奈米線光偵測器 |
| TW201515205A (zh) * | 2009-12-08 | 2015-04-16 | Zena Technologies Inc | 光偵測裝置、複合光偵測器及波導 |
| US20170243903A1 (en) * | 2012-04-25 | 2017-08-24 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Backside illuminated image sensor with negatively charged layer |
| TW201347163A (zh) * | 2012-05-04 | 2013-11-16 | Taiwan Semiconductor Mfg | 影像感測器裝置及其形成方法 |
| US20160276382A1 (en) * | 2012-05-04 | 2016-09-22 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Image sensor device |
| TW201539728A (zh) * | 2014-04-10 | 2015-10-16 | Omnivision Tech Inc | 具有介電電荷捕捉裝置之影像感測器 |
| US20170208272A1 (en) * | 2014-06-06 | 2017-07-20 | Rambus Inc. | Image sensor with depletion-level pixel charge transfer control |
| US20160165159A1 (en) * | 2014-12-05 | 2016-06-09 | Qualcomm Incorporated | Solid state image sensor with enhanced charge capacity and dynamic range |
| US20180090537A1 (en) * | 2015-03-31 | 2018-03-29 | Dartmouth College | Image sensor and image sensor pixel having jfet source follower |
| US20170236854A1 (en) * | 2016-02-12 | 2017-08-17 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Backside illuminated (bsi) image sensor with a reflector |
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| Publication number | Publication date |
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