图像传感器及其制造方法技术

提供了一种图像传感器及其制造方法。该图像传感器包括：半导体衬底、层间介电层、互连件、图像感测单元、穿入图像感测单元和层间介电层的通孔以及底部电极。半导体衬底包含读出电路。层间介电层设置于半导体衬底上。互连件设置于层间介电层中并且电连接到所述读出电路。图像感测单元设置于层间介电层上并且包含堆叠的第一杂质区域和第二杂质区域。通孔穿入图像感测单元和层间介电层以暴露互连件。底部电极设置于通孔中以电连接互连件和图像感测单元的第一杂质区域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。 '
技术介绍
图像传感器是将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像传感器一般被划分为电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补型金属氧化物半导体(CMOS) 图像传感器(CIS)。典型地，CMOS图像传感器包含光电二极管区域，将接收到的光信号 转换成电信号；以及晶体管区域，处理所述电信号，其中所述光电二极管区 域和所述晶体管区域水平地设置。在这种水平型图像传感器中，光电二极管区域和晶体管区域水平地设置 于半导体衬底上。因此，所述水平型图像传感器对于在有限区域内扩大光感 测区域具有局限性，其通常称为填充因数。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种，其能够实现光电二极 管和晶体管电路的垂直集成。在一个实施例中， 一种图像传感器，包括半导体衬底，包含有读出电 路；层间介电层，设置于该半导体衬底上；互连件，设置于该层间介电层中， 并且电连接到该读出电路；图像感测单元，设置于该层间介电层上，并且包 含有堆叠的第一杂质区域和第二杂质区域；通孔，穿入该图像感测单元和该 层间介电层，以暴露该互连件；以及底部电极，设置于该通孔中，以电连接 该互连件和该图像感测单元的该第一杂质区域。在另一实施例中， 一种图像传感器的制造方法，包括如下步骤在半导 体衬底中形成读出电路；在该半导体衬底上形成连接到该读出电路的互连 件；在该半导体衬底上形成层间介电层，用于覆盖该互连件；在该层间介电层上形成包含有堆叠的第一杂质区域和第二杂质区域的图像感测单元；形成穿入该图像感测单元和该层间介电层的通孔，以暴露该互连件；以及在该通孔中形成底部电极，以电连接该互连件和该图像感测单元的该第一杂质区 域。 '在附图和以下说明中将阐述一个或多个实施例的细节。根据说明书和附 图以及根据权利要求书，本专利技术的其它特征将变得清楚。附图说明图1至图IO是显示根据一实施例的图像传感器的制造工艺的横截面图。具体实施例方式将参照附图详细描述根据本专利技术实施例的。实施例不限于CMOS图像传感器，而是可以应用到需要光电二极管的任 意图像传感器(例如CCD图像传感器)中。图IO是根据本专利技术实施例的图像传感器的横截面图。参见图IO，根据本专利技术实施例的图像传感器包含半导体衬底100，该 半导体衬底100包含有读出电路120;层间介电层(dielectric interlayer) 160， 设置于半导体衬底100上；金属互连件150，设置于层间介电层160中并且 电连接到读出电路120;图像感测单元200，设置于层间介电层160上并且 包含有第一杂质区域210和第二杂质区域220的堆叠物；通孔(via hole) 245(参见图3)，穿入图像感测单元200和层间介电层160，以暴露金属互连 件150;以及底部电极255，设置于通孔245中，以连接图像感测单元200 的金属互连件150和第一杂质区域210。底部电极255可形成在通孔245的底面和侧面，从而使底部电极255仅 连接到第一杂质区域210。也就是说，底部电极255仅电连接到第一杂质区 域210，而不与第二杂质区域220电连接。这样，产生于图像感测单元200 中的电子可以通过底部电极255被转移到读出电路120。在另一个实施例中，第一离子注入区域230设置于图像感测单元200的 第一杂质区域210以下。因此，底部电极255可形成在通孔245的底面和部 分侧面，以连接金属互连件150和第一离子注入区域230。在下述制造方法中将描述图io未描述的附图标记。下文中，将参考图1至图10描述根据本专利技术一实施例的图像传感器的 制造方法。参见图l，读出电路120形成于半导体衬底100上，金属互连件150和 层间介电层160形成于包含有读出电路120的半导体衬底100上。例如，器件隔离层110形成于第二导电类型半导体衬底100中，以限定 有源区域，包含有晶体管的读出电路120形成于有源区域中。例如，读出电 路120可以形成为包含转移晶体管(Tx)121、复位晶体管(Rx)123、驱动晶体 管(Dx) 125和选择晶体管(Sx) 127。另外，可以形成离子注入区域130，该 离子注入区130包含有用于各个晶体管的浮置扩散区域(FD) 131和源极/漏极 区域133、 135以及137。在半导体衬底100中形成读出电路120可以进一步包含在半导体衬底 100中形成电结区域(electrical junction region)140;以及在电结区域140上形 成连接到金属互连件150的第一导电类型连接区域147。例如，电结区域140可以是PN结。然而，本专利技术的实施例并不局限于 此。根据实施例，电结区域140可以包含第一导电类型离子注入层143， 形成于第二导电类型阱141或者第二导电类型外延层上；以及第二导电类型 离子注入层145，形成于第一导电类型离子注入层143上。例如，PN结140 可以是P0(145)/N-(143)/P-(141)结，但是本专利技术并不局限于此。半导体衬底 IOO可以是第二导电类型，但是本专利技术并不局限于此。根据实施例，将器件设计为在转移晶体管(Tx)的源极和漏极之间提供电 势差，从而实现光电荷的完全倾卸(dumping)。因此，产生于光电二极管中的 光电荷被倾卸到浮置扩散区域，从而提高了输出图像灵敏度。也就是说，在实施例中，在包含有读出电路120的半导体衬底100中形 成电结区域140，以在转移晶体管(Tx)121的源极和漏极之间提供电势差，从 而实现光电荷的全部倾卸。下文中，将详细描述根据实施例的光电荷倾卸。在实施例中，与N+结的浮置扩散区域(FD) 131节点不同的是，电结区 域140的P/N/P结140在预定电压被夹断，而不将施加的电压全部转移到那 里。该电压称为销锁电压(pinning voltage)。该销锁电压取决于PO (145)和N-(143)掺杂浓度。具体地说，当开启转移晶体管(Tx) 121时，产生于光电二极管200中的 电子被转移到PNP结140中，并且被转移到FD(131)节点，以转换成电压。因为P0/N-7P-结140的最大电压值变成了销锁电压，并且FD (131)节点 的最大电压值变成了 Vdd减去复位晶体管(Rx)的阈值电压，所以由于转移晶 体管(Tx) 131的源极和漏极之间的电势差，在芯片上的光电二极管中产生的 电子可以被全部转移到FD(131)节点中，而不会出现电荷共享。也就是说，在该实施例中，在半导体衬底100中形成P0/N7P-阱结，而 不是N+ZP-阱结。其原因在于，在4-Tr APS(四个晶体管有源像素传感器)的 复位操作中，将正(+)电压施加到？0/^/ -阱结中的:^-(143)，将地电压施加 到P0(145)和P-阱(141)，从而，PO/N-ZP-阱双结在预定电压或者更高电压产 生夹断，与BJT结构相似。这称为销锁电压。因此，在Tx 121的源极和漏 极之间产生的电势差能够抑制在Tx开启/关断操作中的电荷共享现象。这样，与将光电二极管简单地连接到N+结的现有技术情况不同，该实 施例能够抑制饱和度的减小和灵敏度的下降。在形成结区域140之后，在光电二极管和读出电路之间形成第一导电类 型连接区域147，以产生光电荷的平坦转移路径，从而能够进一步将暗电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器，包括：　半导体衬底，包含有读出电路；　层间介电层，设置于所述半导体衬底上；　互连件，设置于所述层间介电层中并且电连接到所述读出电路；　图像感测单元，设置于所述层间介电层上并且包含有堆叠的第一杂质区域和 第二杂质区域；　通孔，穿入所述图像感测单元和所述层间介电层，以暴露所述互连件；以及　底部电极，设置于所述通孔中，以将所述互连件和所述图像感测单元的所述第一杂质区域电连接。

【技术特征摘要】
KR 2008-7-29 10-2008-00741481.一种图像传感器，包括半导体衬底，包含有读出电路；层间介电层，设置于所述半导体衬底上；互连件，设置于所述层间介电层中并且电连接到所述读出电路；图像感测单元，设置于所述层间介电层上并且包含有堆叠的第一杂质区域和第二杂质区域；通孔，穿入所述图像感测单元和所述层间介电层，以暴露所述互连件；以及底部电极，设置于所述通孔中，以将所述互连件和所述图像感测单元的所述第一杂质区域电连接。2. 根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述图像感测单元还包括位 于所述第一杂质区域下方的第一离子注入区域，其中所述底部电极与所述第 一离子注入区域和所述互连件接触。3. 根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述底部电极设置于所述通 孔内的所述通孔的侧面和底面，同时暴露所述通孔内的第二杂质区域。4. 根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述底部电极由Ti、 TiN或 者Ti/TiN形成。5. —种图像传感器的制造方法，包括-在半导体衬底中形成读出电路；在所述半导体衬底上形成连接到所述读出电路的互连件； 在所述半导体衬底上形成层间介电层，用于覆盖所述互连件； 在所述层间介电层上形成包含有堆叠的第一杂质区域和第二杂质区域 的图像感测单元；形成穿入所述图像感测单元和所述层间介电层的通孔，以暴露所述互连 件；以及在所述通孔中形成底部电极，以将所述互连件和所述图像感测单元的所 述第一杂质区域电连接。6. 根据权利要求5所述的方法，其中所述图像感测单元还包括第一离子 注入区域，其中所述第一离子注...

【专利技术属性】
技术研发人员：金兑圭，
申请(专利权)人：东部高科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]