TWI815124B - 影像感測器及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本公開關於一種具有由隔離結構包圍的磊晶沉積光二極 體結構的影像感測器和相關聯的形成方法。在一些實施例中，執行第一磊晶沉積製程以在基底上方形成第一摻雜EPI層。第一摻雜EPI層具有第一摻雜類型。隨後，執行第二磊晶沉積製程以在第一摻雜EPI層上形成第二摻雜EPI層。第二摻雜EPI層具有與第一摻雜類型相對的第二摻雜類型。隨後，形成隔離結構以在多個畫素區內將第一摻雜EPI層和第二摻雜EPI層分開為多個光二極體結構。多個光二極體結構配置成將從影像感測器的第一側進入的輻射轉換成電訊號。

Description

影像感測器及其形成方法
本公開關於影像感測器及其形成方法。
許多現代的電子裝置包括使用影像感測器的光學成像裝置(例如，數位相機)。影像感測器可包含畫素區陣列和支援邏輯(supporting logic)。畫素區分別地包括光二極體結構以測量入射輻射(例如，光)且將所述入射輻射轉換成電子資料，並且支援邏輯有助於讀出測量值。
在一些實施例中，本公開關於一種形成影像感測器的方法。執行第一磊晶沉積製程以在基底上方形成第一摻雜EPI層。第一摻雜EPI層具有第一摻雜類型。隨後，執行第二磊晶沉積製程以在第一摻雜EPI層上形成第二摻雜EPI層。第二摻雜EPI層具有與第一摻雜類型相對的第二摻雜類型。隨後，形成隔離結構以在多個畫素區內將第一摻雜EPI層和第二光二極體分開為多個光二極體結構。多個光二極體結構配置成將從影像感測器的第一側進入的輻射轉換成電訊號。
在一些替代實施例中，本公開關於一種影像感測器。影像感測器包括第一摻雜類型的第一摻雜EPI層和安置在第一摻雜EPI層上的第二摻雜EPI層。第二摻雜EPI層具有與第一摻雜類型相對的第二摻雜類型。影像感測器更包括隔離結構，所述隔離結構安置在多個畫素區中的相鄰畫素區之間以將第一摻雜EPI層和第二摻雜EPI層分開為多個光二極體結構，所述多個光二極體結構配置成將從影像感測器的第一側進入的輻射轉換成電訊號。第一摻雜EPI層具有從遠離第二摻雜EPI層的一側到接觸第二摻雜EPI層的另一側單調遞增的摻雜濃度。
在又其他實施例中，本公開關於一種影像感測器。影像感測器包括具有影像感測單元的多個畫素區。影像感測器包括彼此接觸且跨越多個畫素區安置的第一摻雜類型的第一摻雜EPI層和第二摻雜類型的第二摻雜EPI層。第二摻雜類型與第一摻雜類型相對。影像感測器更包括多個深溝渠隔離(DTI)結構，所述多個深溝渠隔離結構安置在多個畫素區中的相鄰畫素區之間以將第一摻雜EPI層和第二摻雜EPI層分開為多個光二極體結構，所述多個光二極體結構配置成將從影像感測器的第一側進入的輻射轉換成電訊號。
102:處理基底
103、103a、103b、103c、103d:畫素區
104、104a、104b、104c、104d:光二極體結構
105:上部摻雜光二極體區
106、146:層間介電層
108、144:金屬化堆疊
110:摻雜淺隔離井
111:深溝渠隔離結構
112:介電填充層
113:隔離結構
114:摻雜襯層
116:彩色濾光片
118:微透鏡
122:前側
124:背側
128:p型EPI層
130:n型EPI層
130-1~130-n、132-1~132-m:磊晶半導體層
132:n型摻雜磊晶層
134:影像感測晶粒
136:邏輯晶粒
138、148:介電層
140:邏輯基底
142:邏輯裝置
150、152:接合墊
160:淺溝渠隔離結構
201、203、205:資料點
202:轉移閘極
204:浮動擴散井
207、209a、209b、209c、209d:摻雜濃度分佈曲線
400:影像感測器
500:集成晶片
506:複合柵格結構
508:介電襯層
510:金屬內連線通孔
512:金屬線
600a、700a、800a、900a、1000a、1100、1200、1300、1400、1500、1600:橫截面視圖
600b、700b、800b、900b、1000b:俯視圖
1700:方法
1702、1704、1706、1708、1710、1712、1714、1716:動作
C1、C2、C3:摻雜濃度
D1、D2、D2:深度
當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述最好地理解本公開的各方面。應注意，根據業界中的標準慣例，各種特徵未按比例繪製。實際上，為了論述清楚起見，可以任意地增大或減小各種 特徵的尺寸。
圖1示出包括磊晶沉積光二極體結構的影像感測晶粒的畫素區的一些實施例的橫截面視圖。
圖2A到圖2C示出磊晶沉積光二極體結構的摻雜層的摻雜濃度分佈的一些實施例的圖。
圖3示出光二極體結構的摻雜層的摻雜濃度分佈的替代方案的圖。
圖4A到圖4C示出包括影像感測晶粒的多個畫素區的影像感測器的一些實施例的俯視圖和一些橫截面視圖，所述影像感測晶粒包括通過隔離結構分開的多個磊晶沉積光二極體結構。
圖5示出包括接合在一起的影像感測晶粒和邏輯晶粒的集成晶片的一些實施例的橫截面視圖，其中影像感測晶粒具有磊晶沉積光二極體結構。
圖6到圖16示出繪示形成具有光二極體和磊晶沉積光二極體結構的影像感測器的方法的橫截面視圖的一些實施例。
圖17示出形成具有磊晶沉積光二極體結構的影像感測器的方法的一些實施例的流程圖。
以下公開內容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。下文描述元件和佈置的特定實例來簡化本公開。當然，這些元件和佈置只是實例且並不希望為限制性的。舉例來說，在以下描述中，第一特徵在第二特徵上方或第二特徵 上的形成可包含第一特徵與第二特徵直接接觸地形成的實施例，且還可包含額外特徵可在第一特徵與第二特徵之間形成以使得第一特徵與第二特徵可不直接接觸的實施例。另外，本公開可在各種實例中重複附圖標記和/或字母。這種重複是出於簡化和清楚的目的，且本身並不指示所論述的各種實施例和/或配置之間的關係。
此外，為易於描述，可在本文中使用例如“下方”、“在...下方”、“下部”、“在...上方”、“上部”以及類似術語的空間相對術語來描述如圖中所示出的一個元件或特徵與另一元件或特徵的關係。除圖式中所描繪的定向以外，空間相對術語意圖涵蓋裝置在使用或操作中的不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或處於其他定向)，且本文中所使用的空間相對描述詞可同樣相應地進行解釋。
不斷地改進積體電路(Integrated circuit；IC)技術。這類改進經常關於按比例縮小裝置幾何形狀以實現較低製造成本、較高裝置集成密度、較高速度以及較好性能。歸因於裝置按比例調整和較大的垂直厚度(vertical thickness)，可改變影像感測器的畫素區的裝置尺寸以具有較小畫素大小，從而實現所要滿井容量(full well capacity)。裝置尺寸改變為形成深植入井和光二極體區的光二極體植入製程帶來挑戰。除高製造複雜度和成本以外，這些植入製程還關於降低曝光解析度的厚光阻層。舉例來說，如果臨界尺寸小於0.2微米，那麼幾乎不能實現具有大於3微米的光阻層的精確微影製程。
鑒於上文，本公開關於一種包括磊晶沉積光二極體的影 像感測器和相關聯的形成方法。在一些實施例中，影像傳感器具有影像感測單元的多個畫素區。影像感測器包括彼此接觸且跨越多個畫素區安置的第一摻雜類型的第一摻雜EPI層和第二摻雜類型的第二摻雜EPI層。多個深溝渠隔離(deep trench isolation；DTI)結構安置在多個畫素區中的相鄰畫素區之間以將第一摻雜EPI層和第二摻雜EPI層分開為多個光二極體結構，所述多個光二極體結構配置成將從影像感測器的第一側進入的輻射轉換成電訊號。在一些實施例中，第二摻雜EPI層通過毯覆式磊晶沉積製程形成於第一摻雜EPI層上。與通過高能量植入在第一摻雜EPI層深處形成第二摻雜EPI層的替代方案相比，可以省略微影、植入以及熱啟動的製程。並且，對於所形成的具有較好可控性的摻雜層，可實現更均一且更平滑的摻雜分佈曲線。另外，光二極體結構的滿井容量通過增加的光二極體面積而增大。此外，如稍後更詳細地解釋，由於磊晶製程的毯覆式覆蓋，對處理基底和其去除製程的選擇更靈活。
圖1示出根據一些實施例的具有磊晶沉積光二極體結構104的影像感測晶粒134的畫素區103的橫截面視圖。光二極體結構104配置成將入射輻射或入射光(例如，光子)轉換成電訊號。光二極體結構104包括具有相對摻雜類型的一對磊晶沉積摻雜區，例如具有第一摻雜類型(例如，通過例如磷、砷、銻等摻雜劑摻雜的n型)的第一區，和具有與第一摻雜類型相對的第二摻雜類型(例如，通過例如硼、鋁、銦等摻雜劑摻雜的p型)的鄰接第二區。出於說明的目的，下文所公開的實施例對於各種摻雜 層使用n型作為第一摻雜類型且使用p型作為第二摻雜類型，但應瞭解，對於這些摻雜層使用相對的摻雜類型也在本公開的範圍內。
影像感測晶粒134具有前側122和背側124。在一些實施例中，光二極體結構104包括較接近於影像感測晶粒134的背側124的n型EPI層130(一些實例中，又稱n型摻雜光二極體層或n型摻雜磊晶層)，和接觸n型EPI層130的遠離影像感測晶粒134的背側124的一側的p型EPI層128(一些實例中，又稱p型摻雜光二極體層或p型摻雜磊晶層)。n型EPI層130和p型EPI層128是跨越畫素區安置的磊晶沉積半導體層。在一些實施例中，上部摻雜光二極體區105安置在n型EPI層130上方和p型EPI層128內。上部摻雜光二極體區105可具有接觸n型EPI層130的上部表面的底部表面。上部摻雜光二極體區105可通過植入製程形成。磊晶沉積的n型EPI層130和植入的上部摻雜光二極體區105共同地充當光二極體結構104的具有第一摻雜類型的第一區。在一些實施例中，n型EPI層130具有從背側124到前側122單調(monotonically)遞增的摻雜濃度，而上部摻雜光二極體區105具有從背側124到前側122首先增大隨後減小或至少具有非單調遞增或遞減的波狀趨勢的摻雜濃度。
在一些其他實施例中，n型摻雜磊晶層132可安置在n型EPI層130的與接觸p型EPI層128的另一側相對的一側上。n型摻雜磊晶層132的摻雜濃度小於n型EPI層130的摻雜濃度。n型摻雜磊晶層132和n型EPI層130可具有從背側124到前側122 單調遞增的摻雜濃度。將結合圖2A到圖2C和圖3論述包含資料點(data point)201、資料點203以及資料點205的摻雜濃度的更多細節。在一些實施例中，n型摻雜磊晶層132為輕摻雜n型層，n型EPI層130為重摻雜n型層且p型EPI層128為輕摻雜p型層。作為實例，n型EPI層130和n型摻雜磊晶層132的集合厚度可在大約4微米與大約6微米之間的範圍內，且磷的濃度可在從約1×1015每立方釐米(cm-3)到約1×1019每立方釐米的範圍內。作為實例，p型EPI層128的厚度可為約2微米，且硼的濃度可在從約1×1013每立方釐米到約1×1015每立方釐米的範圍內。
在一些實施例中，光二極體結構104由隔離結構113包圍、隔離並且直接鄰接。隔離結構113包括從影像感測晶粒134的背側124延伸到n型EPI層130內的位置或進一步穿過n型EPI層130的DTI結構111。在一些實施例中，DTI結構111包括具有p型摻雜的摻雜襯層114和介電填充層112。摻雜襯層114加襯介電填充層112的底部表面和側壁表面，且可包括摻雜矽或具有硼或其他p型摻雜劑的其他摻雜半導體材料。摻雜襯層114可保形地安置。介電填充層112可以是或包括二氧化矽、氮化矽和/或其他可適用的介電材料。摻雜襯層114直接接觸n型EPI層130且在與n型EPI層130的介面處形成具有耗盡區的p-n結。與通過高能量植入在p型EPI層128深處形成n型EPI層130的替代方案相比，可以省略微影、植入以及熱活化的製程。並且，對於所形成的具有較好可控性的摻雜層，可實現更均一且更平滑的摻雜分佈曲線。另外，由於n型EPI層130延伸以到達隔離結構113 且因此形成增加的光二極體面積，光二極體結構104的滿井容量增大。
另外，在一些實施例中，隔離結構113更包括從影像感測晶粒134的前側122延伸到p型EPI層128或n型EPI層130內的位置的摻雜淺隔離井110。摻雜淺隔離井110可具有第二摻雜類型(例如，p型摻雜)。在一些實施例中，DTI結構111的底部部分可安置在摻雜淺隔離井110的凹入的下部表面內。摻雜淺隔離井110可與DTI結構111垂直對準(例如，共用共同中心線)。DTI結構111和摻雜淺隔離井110共同地充當畫素區103的隔離邊界以減少來自其他畫素區的串擾和模糊。摻雜淺隔離井110直接接觸n型摻雜磊晶層132和/或n型EPI層130，且在與n型摻雜磊晶層132和/或n型EPI層130的介面處形成具有耗盡區的p-n結。DTI結構111和摻雜淺隔離井110還在操作期間共同地促進光二極體結構104的耗盡，這是因為DTI結構111和摻雜淺隔離井110將額外的p型摻雜劑提供到光二極體結構104，使得滿井容量進一步增大。
儘管圖式中未繪示，但在一些替代實施例中，DTI結構111可進一步在垂直深度中延伸穿過n型EPI層130，且可甚至在p型EPI層128內延伸或甚至延伸穿過p型EPI層128(圖中未繪示)，從而實現完全隔離。摻雜襯層114和介電填充層112可沿著影像感測晶粒134的背側124橫向延伸。
在一些實施例中，浮動擴散井204被摻雜且安置為從影像感測晶粒134的前側122到p型EPI層128內的位置。轉移閘 極202佈置在光二極體結構104與浮動擴散井204之間的橫向位置處在p型EPI層128上方。轉移閘極202可以是延伸到p型EPI層128中且位於上部摻雜光二極體區105與浮動擴散井204之間的垂直閘極。浮動擴散井204可以是通過植入製程摻雜的重摻雜n型區。
圖2A到圖2C示出根據一些實施例的磊晶沉積光二極體結構的摻雜層的摻雜濃度分佈的圖。如上文結合圖1所描述，n型摻雜磊晶層132和n型EPI層130為具有從前側122到背側124單調遞減的摻雜濃度的磊晶沉積半導體層。圖2A到圖2C繪示n型摻雜磊晶層132和/或n型EPI層130的摻雜濃度對比距前側122的深度的一些實例圖。第一資料點201表示n型EPI層130的頂部表面或上部表面處的第一摻雜濃度C1與距影像感測晶粒134的前側122的第一深度D1。第二資料點203表示n型摻雜磊晶層132的底部表面或下部表面處的第二摻雜濃度C2與距影像感測晶粒134的前側122的第二深度D2。第三資料點205表示n型EPI層130和n型摻雜磊晶層132的介面處的第三摻雜濃度C3與距影像感測晶粒134的前側122的第三深度D3。圖2A繪示其中n型EPI層130和n型摻雜磊晶層132具有連續傾斜平滑摻雜濃度的情況。從第一深度D1到第二深度D2，第一摻雜濃度C1單調且連續地遞減到第二摻雜濃度C2。替代地，圖2B繪示其中n型EPI層130和n型摻雜磊晶層132可具有單調遞減的摻雜濃度的情況，其中在n型EPI層130和n型摻雜磊晶層132的介面處具有減小階級(step)。圖2C繪示根據一些實施例的n型EPI層130和n型摻雜 磊晶層132的摻雜濃度的更詳細顯示。n型EPI層130和n型摻雜磊晶層132可由一個或多個沉積製程形成，其中摻雜濃度在梯度上隨著固定或改變的時間間隔而改變。因此，如果所選擇時間間隔相對較大，那麼摻雜濃度圖可呈現一些階級(steps)。作為實例，第一摻雜濃度C1可為約1×1019每立方釐米，且第二摻雜濃度C2可為約1×1015每立方釐米，其中磷或砷為n型摻雜劑。深度D1和深度D2的深度差可為約4微米到約6微米。
圖3示出光二極體結構的摻雜層的摻雜濃度分佈的替代方案的圖，其中摻雜層可通過植入製程形成。如果圖1中的n型EPI層130和n型摻雜磊晶層132是通過由摻雜濃度分佈曲線209a、摻雜濃度分佈曲線209b、摻雜濃度分佈曲線209c、摻雜濃度分佈曲線209d表示的植入製程(而非磊晶沉積製程)作為實例形成在p型EPI層128中，那麼所得的從第一資料點201到第二資料點203的摻雜濃度分佈曲線207將具有從影像感測晶粒134的前側122到背側124非單調遞減和遞增的波狀趨勢。通過利用磊晶沉積製程形成圖1中的n型EPI層130和n型摻雜磊晶層132，可以較好的可控性實現更均一且更平滑的摻雜分佈曲線。
圖4A到圖4C示出根據一些實施例的包括多個畫素區(例如，103a、103b、103c以及103d)的影像感測器400的俯視圖和一些橫截面視圖，所述多個畫素區具有分別安置在影像感測晶粒134中(參看圖4B到圖4C)且由隔離結構113分開的多個磊晶沉積光二極體結構(例如，104a、104b、104c以及104d)。圖1和其他圖中所繪示的影像感測晶粒134的特徵在適用時可併 入在影像感測器400中。多個畫素區可佈置成包括行和/或列的陣列，且可根據不同應用包含各種量的畫素區。在圖4A中，四個畫素區103a、畫素區103b、畫素區103c以及103d展示為共用共同浮動擴散井204，但應瞭解，也可以採用其他畫素區佈局。
如圖4B和圖4C中所繪示，n型摻雜磊晶層132、n型EPI層130以及p型EPI層128為跨越圖4B中的畫素區103a、畫素區103d或圖4C中的畫素區103a、畫素區103b安置的磊晶沉積半導體層。隔離結構113安置在圖4B中的相鄰的畫素區103a、畫素區103d或圖4C中的相鄰的畫素區103a、畫素區103b之間，且隔離圖4B中的相鄰的畫素區103a、畫素區103d或圖4C中的相鄰的畫素區103a、畫素區103b。如果n型EPI層130和n型摻雜磊晶層132通過植入製程(而非磊晶沉積製程)形成在p型EPI層128中，那麼n型EPI層130或n型摻雜磊晶層132將安置在圖4B中的相應的畫素區103a、畫素區103d內或圖4C中的相應的畫素區103a、畫素區103b內，且不跨越圖4B中的畫素區103a、畫素區103d或圖4C中的畫素區103a、畫素區103b而安置。n型EPI層130和n型摻雜磊晶層132將不具有直接接觸隔離結構113的整個側壁且將會更窄。相應光二極體結構的滿井容量將不與通過磊晶沉積形成的n型EPI層130和n型摻雜磊晶層132一樣大，所述通過磊晶沉積形成的n型EPI層130和n型摻雜磊晶層132具有直接接觸隔離結構113的整個側壁且最寬到達隔離結構113的邊界。
在一些實施例中，隔離結構113包括DTI結構111，其 安置為從影像感測晶粒134的背側124到n型EPI層130中，位於圖4B中的相鄰的畫素區103a、畫素區103d或圖4C中的相鄰的畫素區103a、畫素區103b之間且隔離圖4B中的相鄰的畫素區103a、畫素區103d或圖4C中的相鄰的畫素區103a、畫素區103b。DTI結構111包括加襯介電填充層112的側壁和底部表面的摻雜襯層114。在一些實施例中，DTI結構111更包括安置在摻雜襯層114與介電填充層112之間且將摻雜襯層114與介電填充層112分開的高k介電襯層(圖中未繪示)。高k介電襯層也可以是保形層。高k介電襯層可以是或包括例如氧化鋁(Al2O3)、氧化鉿(HfO2)、氧化鉿矽(HfSiO)、氧化鉿鋁(HfAlO)、氧化鉭(Ta2O5)或氧化鉿鉭(HfTaO)。其他可適用的高k介電材料也在本公開的範圍內。根據圖中未繪示的一些替代實施例，摻雜襯層114、高k介電襯層以及介電填充層112可沿著影像感測晶粒134的背側124橫向延伸。
在一些實施例中，摻雜淺隔離井110安置在圖4B中的相鄰的畫素區103a、畫素區103d或圖4C中的相鄰的畫素區103a、畫素區103b之間且隔離圖4B中的相鄰的畫素區103a、畫素區103d或圖4C中的相鄰的畫素區103a、畫素區103b，從影像感測晶粒134的前側122延伸到p型EPI層128內的位置。摻雜淺隔離井110可具有第二摻雜類型(例如，p型摻雜)。在一些實施例中，DTI結構111的底部部分可安置在摻雜淺隔離井110的凹入的頂部表面內。在這種情況下，摻雜淺隔離井110可達到小於DTI結構111的一半深度或甚至小於¼深度。摻雜淺隔離井110可 與DTI結構111垂直對準(例如，共用共同中心線)。DTI結構111和摻雜淺隔離井110共同地充當圖4B中的畫素區103a、畫素區103d或圖4C中的畫素區103a、畫素區103b的隔離物，使得可以減少圖4B中的畫素區103a、畫素區103d或圖4C中的畫素區103a、畫素區103b之間的串擾和模糊。DTI結構111和摻雜淺隔離井110還在操作期間共同地促進光二極體結構104的耗盡，這是因為DTI結構111和摻雜淺隔離井110將額外的p型摻雜劑提供到光二極體結構104。
另外，在一些實施例中，淺溝渠隔離(shallow trench isolation；STI)結構160可在圖4B中的相鄰的畫素區103a、畫素區103d或圖4C中的相鄰的畫素區103a、畫素區103b之間安置為從影像感測晶粒134的前側122到p型EPI層128內的位置。STI結構160和DTI結構111可垂直對準(例如，共用共同中心線，所述STI結構160可以或可以不與摻雜淺隔離井110共用中心線)。在一些實施例中，摻雜淺隔離井110從影像感測晶粒134的前側122延伸到p型EPI層128內的位置且包圍STI結構160。摻雜淺隔離井110可將STI結構160與DTI結構111分開。DTI結構111、摻雜淺隔離井110以及STI結構160共同地充當圖4B中的畫素區103a、畫素區103d或圖4C中的畫素區103a、畫素區103b的隔離物，使得可以減少圖4B中的畫素區103a、畫素區103d或圖4C中的畫素區103a、畫素區103b之間的串擾和模糊。DTI結構111的摻雜襯層114和摻雜淺隔離井110還在操作期間共同地促進光二極體結構104a到光二極體結構104d的耗盡，使得滿井 容量增大。
在一些實施例中，如圖4B中所繪示，浮動擴散井204在兩個畫素區(例如，103a、103d)之間安置為從影像感測晶粒134的前側122到p型EPI層128內的位置。在一些實施例中，DTI結構111延伸到n型EPI層130中的上覆於浮動擴散井204的位置。DTI結構111和浮動擴散井204可垂直對準(例如，共用共同中心線)。轉移閘極202橫向地佈置在光二極體結構104與浮動擴散井204之間。在操作期間，轉移閘極202控制從光二極體結構104到浮動擴散井204的電荷轉移。如果浮動擴散井204內的電荷電平足夠高，那麼源極跟隨器電晶體(圖中未繪示)被啟動並且根據用於定址的列選擇電晶體(圖中未繪示)的操作來選擇性地輸出電荷。重設電晶體(圖中未繪示)可用於在曝光週期之間重設(reset)光二極體結構104。
圖5示出根據一些實施例的包括接合在一起的影像感測晶粒134和邏輯晶粒136的集成晶片500的橫截面視圖。結合上文和下文的其他圖式公開的影像感測晶粒的結構在適用時可併入影像感測晶粒134。金屬化堆疊108可佈置在影像感測晶粒134的前側122上。金屬化堆疊108包括佈置在一個或多個層間介電(inter-level dielectric；ILD)層106內的多個金屬內連線層。ILD層106可包括低k介電層(即，具有小於約3.9的介電常數的介電質)、超低k介電層或氧化物(例如，氧化矽)中的一種或多種。多個金屬內連線通孔510和金屬線512可安置在ILD層106內且為轉移閘極202和光二極體結構104提供電連接。
邏輯晶粒136可包括安置在邏輯基底140上方的邏輯裝置142。邏輯晶粒136可更包括安置在上覆於邏輯裝置142的ILD層146內的金屬化堆疊144。影像感測晶粒134和邏輯晶粒136可面對面、面對背或背對背接合。作為實例，圖4繪示面對面接合結構，其中一對中間接合介電層138、介電層148和接合墊150、接合墊152佈置在影像感測晶粒134與邏輯晶粒136之間且通過融合(fusion)或共熔(eutectic)的接合結構來分別地接合金屬化堆疊108、金屬化堆疊144。
在一些實施例中，DTI結構111安置為從影像感測晶粒134的背側124到n型EPI層130中，安置在相鄰的畫素區103a、畫素區103b之間且隔離相鄰的畫素區103a、畫素區103b。隔離結構113包括加襯介電填充層112的側壁和底部表面的摻雜襯層114。在一些實施例中，DTI結構111更包括安置在摻雜襯層114與介電填充層112之間且將摻雜襯層114與介電填充層112分開的高k介電襯層(圖中未繪示)。高k介電襯層也可以是保形層。高k介電襯層可以是或包括例如氧化鋁(Al2O3)、氧化鉿(HfO2)、氧化鉿矽(HfSiO)、氧化鉿鋁(HfAlO)、氧化鉭(Ta2O5)或氧化鉿鉭(HfTaO)。其他可適用的高k介電材料也在本公開的範圍內。根據圖中未繪示的一些替代實施例，摻雜襯層114、高k介電襯層以及介電填充層112可沿著影像感測晶粒134的背側124橫向延伸。
在一些實施例中，多個彩色濾光片116佈置在影像感測晶粒134的背側124上方。多個彩色濾光片116分別地配置成透 射入射輻射或入射光的特定波長。舉例來說，第一彩色濾光片(例如，紅色濾光片)可透射具有第一範圍內的波長的光，而第二彩色濾光片可透射具有不同於第一範圍的第二範圍內的波長的光。在一些實施例中，多個彩色濾光片116可佈置在上覆於多個磊晶沉積光二極體結構104的複合柵格結構506內。複合柵格結構506安置在畫素區103a、畫素區103b之間且上覆於畫素區103a、畫素區103b。複合柵格結構506可包括在影像感測晶粒134的背側124處堆疊的金屬和介電層。介電襯層508可加襯複合柵格結構506的側壁和頂部。
在一些實施例中，多個微透鏡118佈置在多個彩色濾光片116上方。相應微透鏡118與彩色濾光片116橫向地對準並且上覆於畫素區103a、畫素區103b。在一些實施例中，多個微透鏡118具有抵接多個彩色濾光片116的基本上平坦的底部表面和彎曲的上部表面。彎曲的上部表面配置成聚焦入射輻射或入射光(例如，朝向底層畫素區103a、畫素區103b的光)。在影像感測器的操作期間，通過微透鏡118將入射輻射或入射光聚焦到底層畫素區103a、畫素區103b。當足夠能量的入射輻射或入射光照射光二極體結構104時，其產生電子電洞對，所述電子電洞對產生光電流。上文所描述的是背側照明式(backside illuminated；BSI)影像感測器裝置的一種類型。BSI影像感測器裝置用於感測朝向影像感測晶粒的背側124投射的光的量。前側照明式(front-side illuminated；FSI)影像感測器裝置也適合於本公開。相較於FSI影像感測器裝置，BSI影像感測器裝置提供減少的破壞性干涉。值 得注意的是，儘管微透鏡118繪示為固定到圖1中的影像感測器上，但應瞭解，影像感測器可不包含微透鏡，且可在分開製造活動的後期將微透鏡附接到影像感測器。
圖6到圖15示出繪示形成具有磊晶沉積光二極體的影像感測器的方法的橫截面視圖和俯視圖的一些實施例。在一些實施例中，磊晶沉積光二極體的形成包含跨越多個畫素區的一系列毯覆式磊晶製程，以在處理基底上形成第一摻雜類型的第一摻雜EPI層和第二摻雜類型的第二摻雜EPI層。與通過高能量植入在第一摻雜EPI層深處形成第二摻雜EPI層的替代方案相比，可以省略微影、植入以及熱活化的製程。並且，對於所形成的具有較好可控性的摻雜層，可實現更均一且更平滑的摻雜分佈曲線。另外，光二極體結構的滿井容量通過增加的光二極體面積而增大。此外，如稍後更詳細地解釋，由於磊晶製程的毯覆式覆蓋，對處理基底和其去除製程的選擇更靈活。
如圖6中的橫截面視圖600a和俯視圖600b所繪示，在一些實施例中，提供處理基底102，且n型摻雜磊晶層132形成於處理基底102上方。在各種實施例中，處理基底102可包括任何類型的半導體主體(例如，矽/鍺/CMOS塊體、SiGe、SOI等)，例如半導體晶圓或晶圓上的一個或多個晶粒，以及任何其他類型的半導體和/或形成在其上和/或以其他方式與其相關聯的磊晶層。舉例來說，處理基底102可以是或包括半導體晶圓的p型摻雜基底層或通過沉積或植入製程形成在半導體晶圓中的p型摻雜井。在一些實施例中，n型摻雜磊晶層132通過毯覆式磊晶沉積製 程形成，所述毯覆式磊晶沉積製程包含以單調遞增的摻雜濃度沉積一系列磊晶半導體層132-1、磊晶半導體層132-2、...、磊晶半導體層132-m。在一些實施例中，n型摻雜磊晶層132的形成用以取代通過替代方案的植入製程形成的陣列深n型井(array deep n-type well；ADNW)的形成。
如圖7中的橫截面視圖700a和俯視圖700b所繪示，在一些實施例中，n型EPI層130形成在處理基底102上方的n型摻雜磊晶層132上。在一些實施例中，n型EPI層130通過毯覆式磊晶沉積製程形成，所述毯覆式磊晶沉積製程包含以單調遞增的摻雜濃度沉積一系列磊晶半導體層130-1、磊晶半導體層130-2、...、磊晶半導體層130-n。如上文結合圖1和圖2A到圖2C所論述，n型EPI層130的摻雜濃度可大於n型摻雜磊晶層132的摻雜濃度。作為實例，n型EPI層130和n型摻雜磊晶層132的集合厚度可在大約4微米與大約6微米之間的範圍內，且磷的濃度可在從約1×1015每立方釐米到約1×1019每立方釐米的範圍內。
在一些實施例中，磊晶沉積的n型EPI層130的形成用以取代通過替代方案的植入製程形成的深n型光二極體區(deep n-type photodiode region；DNPD)的形成。深n型光二極體區可形成為相應畫素區內的離散植入摻雜區，而n型EPI層130可跨越畫素區陣列的邊界形成。
如沿著圖8的俯視圖800b的線A-A'的橫截面視圖800a中所繪示，在一些實施例中，p型EPI層128形成在n型EPI層130上。p型EPI層128可通過p型磊晶製程形成。作為實例，p 型EPI層128的厚度可為約2微米，且硼的濃度可在從約1×1013每立方釐米到約1×1015每立方釐米的範圍內。在一些實施例中，多個STI結構160在相鄰的畫素區103a、畫素區103d之間形成為從影像感測器的前側122到p型EPI層128內的位置。一個或多個STI結構160可通過從前側122選擇性地蝕刻p型EPI層128以形成淺溝渠且隨後在淺溝渠內形成氧化物或其他介電材料來形成。
如沿著圖9的俯視圖900b的線A-A'的橫截面視圖900a中所繪示，在一些實施例中，執行一系列摻雜製程以形成多個上部摻雜光二極體區105、多個摻雜淺隔離井110和/或多個浮動擴散井204。在一些實施例中，摻雜製程包括根據包括光阻的圖案化罩幕層(圖中未繪示)選擇性地從前側122植入到p型EPI層128和/或n型EPI層130中。多個上部摻雜光二極體區105可通過將n型摻雜劑物質植入畫素區103a、畫素區103d內的p型EPI層128的上部部分內而形成。在一些實施例中，上部摻雜光二極體區105具有從背側124到前側122首先增大隨後減小或至少非單調遞增或遞減的摻雜濃度。所形成的上部摻雜光二極體區105可具有接觸n型EPI層130的上部表面的底部表面。磊晶沉積的n型EPI層130和植入的上部摻雜光二極體區105共同地充當光二極體結構104的具有第一摻雜類型的第一區。在一些情況下，高度摻雜淺p型區(圖中未繪示)可形成在上部摻雜光二極體區105的上部區中，以形成增強耗盡且減小滯後和暗電流的釘紮(pinned)光二極體結構。多個摻雜淺隔離井110可通過將p型摻雜劑物質植 入到相鄰的畫素區103a、畫素區103d之間的p型EPI層128中來形成。多個摻雜淺隔離井110可形成為從影像感測晶粒134的前側122到比STI結構160更深的位置。摻雜淺隔離井110可分別地與STI結構160中心對準。
如沿著圖10的俯視圖1000b的線A-A'的橫截面視圖1000a中所繪示，在一些實施例中，多個轉移閘極202在浮動擴散井204與上部摻雜光二極體區105之間形成在影像感測器的前側122上方。轉移閘極202可通過沉積閘極介電層和閘極電極層，緊接著進行圖案化製程以形成閘極介電質和閘極電極來形成。
如圖11的橫截面視圖1100中所繪示，在一些實施例中，金屬化堆疊108可形成為上覆於轉移閘極202。在一些實施例中，金屬化堆疊108可通過形成ILD層106(包括一個或多個ILD材料層)，緊接著進行蝕刻製程以形成介層孔和/或金屬溝渠來形成。隨後用導電材料填充介層孔和/或金屬溝渠以形成多個金屬內連線通孔510和金屬線512。在一些實施例中，可通過物理氣相沉積技術來沉積ILD層106。多個金屬內連線層可使用沉積製程和/或電鍍製程(例如，電鍍、無電鍍敷等)來形成。在各種實施例中，多個金屬內連線層可包括例如鎢、銅或鋁銅。因此，形成影像感測晶粒134。
如圖12的橫截面視圖1200中所繪示，在一些實施例中，影像感測晶粒134可隨後接合到一個或多個其他晶粒。舉例來說，影像感測晶粒134可接合到製備成具有邏輯裝置142的邏輯晶粒136。影像感測晶粒134和邏輯晶粒136可面對面、面對背 或背對背接合。舉例來說，接合製程可使用一對中間接合介電層138、中間接合介電層148和接合墊150、接合墊152以接合影像感測晶粒134和邏輯晶粒136的金屬化堆疊108、金屬化堆疊144。接合製程可包括融合或共熔接合製程。接合製程還可包括混合(hybrid)接合製程，所述混合接合製程包含接合墊150、接合墊152的金屬到金屬接合和中間接合介電層138、中間接合介電層148的介電質到介電質接合。退火製程可在混合接合製程之後，且可在例如約250℃到約450℃之間的溫度範圍下執行約0.5小時到約4小時範圍內的時間。
如圖13的橫截面視圖1300中所繪示，在一些實施例中，影像感測晶粒134從與前側122相對的背側124薄化。薄化製程可部分或完全地去除處理基底102(參看圖12)並且允許輻射穿過影像感測晶粒134的背側124以到達n型摻雜磊晶層132和n型EPI層130。可通過蝕刻影像感測晶粒134的背側124來薄化處理基底102。替代地，可通過機械研磨影像感測晶粒134的背側124來薄化處理基底102。作為實例，可首先將處理基底102研磨到大約17微米與大約45微米之間的厚度範圍。隨後，可應用侵蝕性濕式蝕刻以進一步薄化處理基底102。蝕刻劑的實例可包含硝酸氫/氟化物/乙酸(HNA)。隨後可進行化學機械製程和四甲基氫氧化銨(TMAH)濕式蝕刻以進一步薄化在大約2.8微米與大約7.2微米之間的厚度範圍。在一些情況下，對於蝕刻製程，處理基底102與鄰近處理基底102的材料之間需要足夠的蝕刻選擇性，以去除處理基底102並且在鄰近材料上停止。舉例來說，當 鄰近材料包含p型摻雜半導體材料時，可能需要高度摻雜處理基底102。另一方面，當n型摻雜磊晶層132通過毯覆式沉積製程形成或以其他方式覆蓋整個處理基底102時，對處理基底102的選擇更靈活，且可使用更節約成本的輕摻雜p型晶圓，這是因為其可具有對於n型摻雜磊晶層132的足夠蝕刻選擇性。
如圖14的橫截面視圖1400中所繪示，在一些實施例中，多個DTI結構111在相鄰的畫素區103a、畫素區103d之間從影像感測晶粒134的背側124形成且延伸到n型EPI層130內的位置。在一些替代實施例中，DTI結構111可進一步在垂直深度中延伸穿過n型EPI層130，從而實現完全隔離。DTI結構111分開n型摻雜磊晶層132和n型EPI層130並且形成用於相應的畫素區103a、畫素區103d的光二極體結構104。
作為實例，可通過首先使用罩幕層形成深溝渠來形成多個DTI結構111。隨後，沿著多個DTI結構111的側壁和底部表面形成摻雜襯層114。摻雜襯層114可通過植入製程或磊晶生長製程來形成。處理氣體可包括矽烷(SiH4)、二氯矽烷(DCS或H2SiCl2)、乙硼烷(B2H6)、氫氣(H2)或其他可適用的氣體。作為實例，摻雜襯層114的厚度可在大約0.5納米與大約10納米之間的範圍內，且硼的濃度可在從約1×1019每立方釐米到約2×1020每立方釐米的範圍內。較厚的摻雜襯層或較小的摻雜劑濃度不利地影響白色畫素的數目和/或影像感測器的暗電流。可隨後執行摻雜劑活化製程以促進擴散並且形成摻雜襯層114。隨後，可在深溝渠的剩餘空間中填充介電材料以形成DTI結構111。作為實例，高 k介電襯層(圖中未繪示)可沿著摻雜襯層114形成，且介電填充層112可形成在摻雜高k介電襯層的凹槽中以填充深溝渠的剩餘部分。在一些實施例中，在形成介電填充層112之後執行平坦化製程以形成沿著介電填充層112的上部表面延伸的平坦表面。摻雜襯層114、高k介電襯層以及介電填充層112可經歷平坦化製程，所述平坦化製程去除上覆於介電填充層112、高k介電襯層以及直接上覆於畫素區103a、畫素區103d的摻雜襯層114的側向部分。
如圖15的橫截面視圖1500中所繪示，在一些實施例中，彩色濾光片116形成為上覆於對應於畫素區103a、畫素區103d的光二極體結構104。在一些實施例中，複合柵格結構(composite grid structure)506首先形成在畫素區103a、畫素區103d之間且上覆於畫素區103a、畫素區103d。複合柵格結構506可包括在影像感測晶粒134的背側124處堆疊的金屬和介電層。介電襯層508可形成為加襯複合柵格結構506的側壁和頂部。彩色濾光片層形成在介電襯層508上方且位於材料的複合柵格結構506內，其允許對應顏色的光從其穿過，同時阻擋其他顏色的光。彩色濾光片116可形成有指定顏色。舉例來說，彩色濾光片116交替地形成有紅色、綠色以及藍色的指定顏色。彩色濾光片116可形成有與複合柵格結構506的上部表面對準的上部表面。彩色濾光片116可在至少一個方向上從對應畫素區的光二極體結構104橫向地移位或偏移。取決於移位或偏移的程度，彩色濾光片116可部分地填充對應畫素區的開口，且可部分地填充鄰近於對應畫素區的畫素 區的開口。替代地，彩色濾光片116可圍繞與對應畫素區的光二極體中心對準的縱軸對稱。用於形成彩色濾光片116的過程可包含針對顏色指定的不同顏色中的每一個形成彩色濾光片層且圖案化彩色濾光片層。彩色濾光片層可在形成之後進行平坦化。圖案化可通過以下步驟執行：在彩色濾光片層上方形成具有圖案的光阻層；根據光阻層的圖案將蝕刻劑塗覆到彩色濾光片層；以及去除圖案光阻層。
如圖16的橫截面視圖1600中所繪示，對應於畫素區的微透鏡118形成在對應畫素區的彩色濾光片116上方。在一些實施例中，多個微透鏡可通過在多個彩色濾光片上方沉積微透鏡材料(例如，通過旋塗方法或沉積製程)來形成。具有彎曲上表面的微透鏡模板在微透鏡材料上方進行圖案化。在一些實施例中，微透鏡模板可包括使用分佈曝光光劑量而曝光的光阻材料(例如，對於負性光阻，在彎曲部的底部處曝光更多的光且在彎曲部的頂部處曝光更少的光)，顯影且烘烤以形成圓形形狀。隨後，通過根據微透鏡模板選擇性蝕刻微透鏡材料來形成微透鏡118。
圖17示出形成具有磊晶沉積光二極體結構的影像感測器的方法1700的一些實施例的流程圖。雖然所公開的方法1700在本文中示出且描述為一系列動作或事件，但應瞭解，不應以限制意義來解釋這類動作或事件的所示出次序。舉例來說，除本文中所示出和/或所描述的動作或事件外，一些動作可與其他動作或事件以不同次序和/或同時出現。另外，可能需要並非所有的所示出動作以實施本文中的描述的一個或多個方面或實施例。另外， 本文中所描繪的動作中的一個或多個可以一個或多個單獨動作和/或階段進行。
在動作1702處，提供用於影像感測晶粒的處理基底。n型摻雜磊晶層形成在處理基底上方，且n型EPI層跨越多個畫素區形成在n型摻雜磊晶層上。圖6到圖7示出與對應於動作1702的一些實施例相對應的橫截面視圖。
在動作1704處，p型EPI層形成在n型EPI層上。p型EPI層可通過p型磊晶製程形成。圖8示出與對應於動作1704的一些實施例相對應的橫截面視圖。
在動作1706處，執行一系列摻雜製程以在p型EPI層內形成多個上部摻雜光二極體區、多個摻雜隔離井和/或多個浮動擴散井。圖9示出與對應於動作1706的一些實施例相對應的橫截面視圖。
在動作1708處，多個轉移閘極在浮動擴散井與上部摻雜光二極體區之間形成在影像感測器的前側上方。圖10示出與對應於動作1708的一些實施例相對應的橫截面視圖。
在動作1710處，影像感測晶粒接合到一個或多個其他晶粒。金屬化堆疊可在接合製程之前形成為上覆於轉移閘極。圖11到圖12示出與對應於動作1710的一些實施例相對應的橫截面視圖。
在動作1712處，影像感測晶粒從與前側相對的背側進行薄化。圖13示出與對應於動作1712的一些實施例相對應的橫截面視圖。
在動作1714處，多個深溝渠隔離(DTI)結構在相鄰的畫素區之間從影像感測晶粒的背側形成且延伸到n型EPI層內的位置。DTI結構分開n型摻雜磊晶層和n型EPI層並且形成用於相應畫素區的光二極體結構。圖14示出與對應於動作1714的一些實施例相對應的橫截面視圖。
在動作1716處，彩色濾光片形成為上覆於光二極體結構，且微透鏡形成在對應於畫素區的彩色濾光片上方。抗反射層和複合柵格結構可在形成彩色濾光片之前形成在影像感測晶粒的背側上。圖15到圖16示出與對應於動作1716的一些實施例相對應的橫截面視圖。
因此，本公開關於具有磊晶沉積光二極體結構的影像感測器和相關聯的形成方法。
在一些實施例中，本公開關於一種形成影像感測器的方法。執行第一磊晶沉積製程以在基底上方形成第一摻雜EPI層。第一摻雜EPI層具有第一摻雜類型。隨後，執行第二磊晶沉積製程以在第一摻雜EPI層上形成第二摻雜EPI層。第二摻雜EPI層具有與第一摻雜類型相對的第二摻雜類型。隨後，形成隔離結構以在多個畫素區內將第一摻雜EPI層和第二光二極體分開為多個光二極體結構。多個光二極體結構配置成將從影像感測器的第一側進入的輻射轉換成電訊號。
在一些實施例中，所述第一摻雜EPI層是通過形成具有從下到上單調遞增的摻雜濃度的磊晶層堆疊而形成的。在一些實施例中，在形成所述第一摻雜EPI層之前，更包括執行磊晶沉積 製程以在所述基底上方形成具有所述第一摻雜類型的摻雜EPI層，其中所述摻雜EPI層的摻雜濃度小於所述第一摻雜EPI層的摻雜濃度。在一些實施例中，所述形成所述隔離結構包括形成從所述影像感測器的所述第一側且延伸到所述第一摻雜EPI層內的位置的多個深溝渠隔離結構。在一些實施例中，所述形成所述多個深溝渠隔離結構包括：形成位於相鄰畫素區之間且從所述影像感測器的所述第一側垂直延伸到所述第一摻雜EPI層的多個深溝渠；形成加襯所述深溝渠的側壁的具有所述第二摻雜類型的摻雜襯層；以及形成填充所述深溝渠在所述摻雜襯層的側壁之間的內部空間的介電層。在一些實施例中，所述形成所述隔離結構包括形成從所述影像感測器的與所述第一側相對的第二側延伸的具有所述第二摻雜類型的多個摻雜隔離井，其中所述摻雜隔離井直接接觸所述多個深溝渠隔離結構和所述第一摻雜EPI層。在一些實施例中，更包括通過植入製程從所述影像感測器的與所述第一側相對的第二側形成多個上部摻雜光二極體區。在一些實施例中，所述第一摻雜類型為n型且所述第二摻雜類型為p型。在一些實施例中，所述基底具有所述第二摻雜類型。
在一些替代實施例中，本公開關於一種影像感測器。影像感測器包括第一摻雜類型的第一摻雜EPI層和安置在第一摻雜EPI層上的第二摻雜EPI層。第二摻雜EPI層具有與第一摻雜類型相對的第二摻雜類型。影像感測器更包括隔離結構，所述隔離結構安置在多個畫素區中的相鄰畫素區之間以將第一摻雜EPI層和第二摻雜EPI層分開為多個光二極體結構，所述多個光二極體結 構配置成將從影像感測器的第一側進入的輻射轉換成電訊號。第一摻雜EPI層具有從遠離第二摻雜EPI層的一側到接觸第二摻雜EPI層的另一側單調遞增的摻雜濃度。
在一些替代實施例中，所述隔離結構包括從所述影像感測器的所述第一側延伸到所述第一摻雜EPI層內的第一位置的多個深溝渠隔離結構。在一些替代實施例中，所述多個深溝渠隔離結構分別地包括直接接觸所述第一摻雜EPI層的具有所述第二摻雜類型的摻雜襯層。在一些替代實施例中，所述多個深溝渠隔離結構更分別地包括沿著所述摻雜襯層安置的高k介電襯層和安置在所述高k介電襯層的相對側壁之間的介電層。在一些替代實施例中，所述隔離結構更包括具有所述第二摻雜類型的多個摻雜隔離井，所述多個摻雜隔離井從所述影像感測器的與所述第一側相對的第二側延伸到所述第一摻雜EPI層內的第二位置；且其中所述摻雜隔離井直接接觸所述深溝渠隔離結構和所述第一摻雜EPI層。在一些替代實施例中，更包括多個上部摻雜光二極體區，所述多個上部摻雜光二極體區具有所述第一摻雜類型且具有位於所述第二摻雜EPI層內的側壁表面和接觸所述第一摻雜EPI層的上部表面的底部表面。在一些替代實施例中，所述多個上部摻雜光二極體區具有在垂直方向上從遠離所述第一摻雜EPI層的一側到接觸所述第一摻雜EPI層的另一側增大且隨後減小的摻雜濃度。在一些替代實施例中，所述第一摻雜類型為n型且所述第二摻雜類型為p型。
在又其他實施例中，本公開關於一種影像感測器。影像 感測器包括具有影像感測單元的多個畫素區。影像感測器包括彼此接觸且跨越多個畫素區安置的第一摻雜類型的第一摻雜EPI層和第二摻雜類型的第二摻雜EPI層。第二摻雜類型與第一摻雜類型相對。影像感測器更包括多個深溝渠隔離(DTI)結構，所述多個深溝渠隔離結構安置在多個畫素區中的相鄰畫素區之間以將第一摻雜EPI層和第二摻雜EPI層分開為多個光二極體結構，所述多個光二極體結構配置成將從影像感測器的第一側進入的輻射轉換成電訊號。
在又其他實施例中，所述第一摻雜EPI層直接接觸所述深溝渠隔離結構的側壁。在又其他實施例中，更包括安置在所述多個畫素區中的所述相鄰畫素區之間的具有所述第二摻雜類型的多個摻雜隔離井，其中所述摻雜隔離井直接接觸所述深溝渠隔離結構和所述第一摻雜EPI層。
前文概述若干實施例的特徵，使得本領域的技術人員可更好地理解本公開的各方面。本領域的技術人員應瞭解，其可容易地將本公開用作設計或修改用於進行本文中所引入的實施例的相同目的和/或達成相同優勢的其他製程和結構的基礎。本領域的技術人員還應認識到，這類等效構造並不脫離本公開的精神和範圍，且其可在不脫離本公開的精神和範圍的情況下在本文中進行各種改變、替代以及更改。
103:畫素區
104:光二極體結構
105:上部摻雜光二極體區
110:摻雜淺隔離井
111:深溝渠隔離結構
112:介電填充層
113:隔離結構
114:摻雜襯層
122:前側
124:背側
128:p型EPI層
130:n型EPI層
132:n型摻雜磊晶層
134:影像感測晶粒
201、203、205:資料點
202:轉移閘極
204:浮動擴散井

Claims (10)

  1. 一種形成影像感測器的方法，包括：執行第一磊晶沉積製程以在基底上方形成第一摻雜磊晶層，其中所述第一摻雜磊晶層具有第一摻雜類型；執行第二磊晶沉積製程以在所述第一摻雜磊晶層上形成第二摻雜磊晶層，其中所述第二摻雜磊晶層具有與所述第一摻雜類型相對的第二摻雜類型；以及形成隔離結構，以在多個畫素區內將所述第一摻雜磊晶層和所述第二摻雜磊晶層分開為多個光二極體結構，且所述多個光二極體結構配置成將從所述影像感測器的第一側進入的輻射轉換成電訊號。
  2. 如請求項1所述的形成影像感測器的方法，其中所述第一摻雜磊晶層是通過形成具有從下到上單調遞增的摻雜濃度的磊晶層堆疊而形成的。
  3. 如請求項1所述的形成影像感測器的方法，在形成所述第一摻雜磊晶層之前，更包括執行磊晶沉積製程以在所述基底上方形成具有所述第一摻雜類型的摻雜磊晶層，其中所述摻雜磊晶層的摻雜濃度小於所述第一摻雜磊晶層的摻雜濃度。
  4. 如請求項1所述的形成影像感測器的方法，其中所述形成所述隔離結構包括形成從所述影像感測器的所述第一側且延伸到所述第一摻雜磊晶層內的位置的多個深溝渠隔離結構。
  5. 如請求項4所述的形成影像感測器的方法，其中所述形成所述多個深溝渠隔離結構包括：形成位於相鄰畫素區之間且從所述影像感測器的所述第一側 垂直延伸到所述第一摻雜磊晶層的多個深溝渠；形成加襯所述深溝渠的側壁的具有所述第二摻雜類型的摻雜襯層；以及形成填充所述深溝渠在所述摻雜襯層的側壁之間的內部空間的介電層。
  6. 如請求項4所述的形成影像感測器的方法，其中所述形成所述隔離結構包括形成從所述影像感測器的與所述第一側相對的第二側延伸的具有所述第二摻雜類型的多個摻雜隔離井，其中所述摻雜隔離井直接接觸所述多個深溝渠隔離結構和所述第一摻雜磊晶層。
  7. 如請求項1所述的形成影像感測器的方法，更包括通過植入製程從所述影像感測器的與所述第一側相對的第二側形成多個上部摻雜光二極體區。
  8. 一種影像感測器，包括：第一摻雜磊晶層，具有第一摻雜類型；第二摻雜磊晶層，安置在所述第一摻雜磊晶層上，其中所述第二摻雜磊晶層具有與所述第一摻雜類型相對的第二摻雜類型；以及隔離結構，安置在多個畫素區中的相鄰畫素區之間以將所述第一摻雜磊晶層和所述第二摻雜磊晶層分開為多個光二極體結構，所述多個光二極體結構配置成將從所述影像感測器的第一側進入的輻射轉換成電訊號；其中所述第一摻雜磊晶層具有從遠離所述第二摻雜磊晶層的一側到接觸所述第二摻雜磊晶層的另一側單調遞增的摻雜濃度， 且其中所述影像感測器更包括閘極，所述閘極的一部分延伸至所述第二摻雜磊晶層中。
  9. 如請求項8所述的影像感測器，其中所述隔離結構包括從所述影像感測器的所述第一側延伸到所述第一摻雜磊晶層內的第一位置的多個深溝渠隔離結構。
  10. 一種影像感測器，包括：具有影像感測單元的多個畫素區；具有第一摻雜類型的第一摻雜磊晶層和具有第二摻雜類型的第二摻雜磊晶層，彼此接觸且跨越所述多個畫素區安置，所述第二摻雜類型與所述第一摻雜類型相對；以及多個深溝渠隔離結構，安置在所述多個畫素區中的相鄰畫素區之間以將所述第一摻雜磊晶層和所述第二摻雜磊晶層分開為多個光二極體結構，所述多個光二極體結構配置成將從所述影像感測器的第一側進入的輻射轉換成電訊號，其中所述影像感測器更包括閘極，所述閘極的一部分延伸至所述第二摻雜磊晶層中。
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