图像感测装置、其形成方法及半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种图像感测装置及其形成方法和半导体装置。其中该图像感测装置包括：半导体衬底，其具有第一类型导电性；第一材料层，在该半导体衬底上方，该第一材料层具有该第一类型导电性；第二材料层，在该第一材料层上方，该第二材料层具有第二类型导电性，该第二类型导电性与该第一类型导电性不同；以及多个象素，在该第二材料层中。本发明专利技术的装置及其制作方法能够降低串音干扰及电子溢流现象。此外，本发明专利技术提供的装置及其制作方法可以容易地和现今的半导体工艺设备及技术整合。利用本发明专利技术提供的装置及其制作方法可避免工艺设备与技术的极限。再者，本发明专利技术提供的装置及其制作方法可适用于持续缩小的象素的尺寸。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体装置及其形成方法，且特别涉及一种图像感测装 置及其形成方法。
技术介绍
在半导体技术中，图像感测器可用来感测投射至半导体衬底的光线。互补式金属半导体半导体(complementary metal oxide semiconductor, CMOS) 图像感测器与电荷耦合装置(CCD)感测器己被广泛地应用在各方面，例如 数码相机(digital still camera)。这些感测器利用象素(pixel)阵列(array) 或图像感测元件来接受光能量以将图像转换为数字数据，象素阵列或图像感 测元件可包括光二极管及MOS晶体管。然而，图像感测装置面临了串音干扰(cross-talk)及/或电子溢流(blooming)的问题。以图像感测元件为目标的光与光产生的电信号可能会 散布至邻近的图像感测元件。某些情况下，高强度的光产生了过多的电子， 而这些过多的电子将会溢流至其他图像感测元件。此现象会降低空间分辨率(spatial resolution)及感光度，并导致不良的分色(color seperation)。 因此，目前需要一种简单且具有成本效益的装置及其形成方法，用以降 低图像感测装置中的串音干扰及电子溢流现象。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种可以改善串音干扰与电子溢 流现象的图像感测装置及其形成方法。本专利技术提供一种图像感测装置，包括半导体衬底，其具有第一类型导 电性；第一材料层，在该半导体衬底上方，该第一材料层具有该第一类型导 电性；第二材料层，在该第一材料层上方，该第二材料层具有第二类型导电 性，该第二类型导电性与该第一类型导电性不同；以及多个象素，在该第二材料层中。根据本专利技术的图像感测装置，其中所述第一材料层及所述第二材料层包 括外延层。根据本专利技术的图像感测装置，其中所述半导体衬底可在操作过程中提供 欧姆接触。根据本专利技术的图像感测装置，其中所述第一材料层可在操作过程中被施 予偏压。根据本专利技术的图像感测装置，还包括多个浅沟槽隔离元件，其中各浅 沟槽隔离元件设置在所述多个象素之间；以及多个防护环阱区，其具有所述第二类型导电性，其中各防护环阱区在各浅沟槽隔离元件下方。根据本专利技术的图像感测装置，其中所述第二材料层的厚度约介于2.5pm 至4pm之间。本专利技术还提供一种图像感测装置的形成方法，包括提供半导体衬底，其具有第一类型导电性；在该半导体衬底上方形成第一材料层，该第一材料层具有该第一类型导电性；在该第一材料层上方形成第二材料层，该第二材 料层具有第二类型导电性，该第二类型导电性与该第一类型导电性不同；以 及在该第二材料层中形成多个象素。根据本专利技术的图像感测装置的形成方法，其中形成所述第一材料层与所 述第二材料层包括外延成长。根据本专利技术的图像感测装置的形成方法，还包括对所述第一材料层施予 偏压以避免串音干扰。根据本专利技术的图像感测装置的形成方法，还包括形成多个浅沟槽隔离 元件，其中各浅沟槽隔离元件设置在所述多个象素之间；以及形成多个防护 环阱区，其具有所述第二类型导电性，其中各防护环阱区在各浅沟槽隔离元 件下方。本专利技术另提供一种半导体装置，包括衬底，其具有第一类型掺杂质； 第一材料层，在该衬底上方，该第一材料层具有该第一类型掺杂质；第二材 料层，在该第一材料层上方，该第二材料层具有第二类型掺杂质，该第二类 型掺杂质与该第一类型掺杂质不同；以及多个图像感测元件，在该第二材料 层中。根据本专利技术的半导体装置，还包括多个浅沟槽隔离元件，用以隔离各 图像感测元件；以及多个阱区，其具有所述第二类型掺杂质，且各阱区在各浅沟槽隔离元件下方。根据本专利技术的半导体装置，其中各图像感测元件包括光二极管及至少一 个晶体管。本专利技术提供了高效率且有成本效益的装置及其制作方法，其用以降低串 音干扰及电子溢流现象。此外，本专利技术提供的装置及其制作方法可以容易地 和现今的半导体工艺设备及技术整合。利用本专利技术提供的装置及其制作方法 可避免工艺设备与技术的极限。再者，本专利技术提供的装置及其制作方法可适 用于持续縮小的象素的尺寸。附图说明图1是示出本专利技术实施例的图像感测装置的俯视图； 图2是示出已知遭受串音干扰及/或电子溢流的图像感测装置的剖面图； 图3是示出己知降低串音干扰及/或电子溢流现象的图像感测装置的剖 面图；图4是示出本专利技术实施例的图像感测装置的剖面图；图5是示出本专利技术实施例的图像感测装置的制作方法流程图。其中，附图标记说明如下图1:10 图像感测装置；50 象素。 图2-图3:100 图像感测装置；IIOA、 110B 象素；120 半导体衬底；130 p 型外延层；140 浅沟槽隔离元件；150 防护环p型阱区；160 光二极管； 161 n型掺杂区；162 重掺杂p型区；175 栅极电极；180 光电子；190 箭头；200 图像感测装置；210A、 210B 象素；220 半导体衬底；230 外延层；240 深阱区；250 光电子；260 路径。图4-图5:300 图像感测装置；310A、 310B 象素；320 半导体衬底；330 第 一外延层；340 第二外延层；350 隔离元件；360 防护环阱区；370 光二极管；371 n型掺杂区；372 p型固定层；380 栅极电极；390 光电 子；395 路径；400 制作方法；410、 420、 430、 440、 450、 460 步骤。具体实施方式以下将通过实施例说明本专利技术的概念，各个实施例仅作为举例说明的用 途，并非用以限定本专利技术的范围。在附图或描述中，相似或相同的部分将使 用相似或相同的标号。在附图中，元件的形状或厚度可扩大或縮小。图中未 示出或描述的元件，可为本领域技术人员所知的形式。此外，当叙述层位于 基板或另一层上时，此层可直接位于基板或是另一层上，或是其间亦可以有 中介层。请参照图1，其是示出本专利技术实施例的图像感测装置IO的俯视图。图像 感测装置10包括以格栅(grid)或阵列排列的象素50，象素50亦可被称为 图像感测元件。可在邻近象素50的阵列的处提供额外的电路及输入/输出， 用以提供这些象素操作环境与对外的连接。图像感测装置10可包括电荷耦 合装置(CCD)感测器、互补式金属半导体半导体(CMOS)图像感测器、 主动象素感测器、被动象素感测器。图像感测器10可以是正面或背面照光 型感测器。请参照图2，其是示出已知遭受串音干扰(cross-talk)及/或电子溢流 (blooming)的图像感测装置100的剖面图。为了说明上的清楚与简明易懂， 图中仅示出两个单位象素IIOA及IIOB。图像感测装置IOO包括半导体衬底 120，半导体衬底120包括结晶硅衬底。在本例中，半导体衬底120是重掺 杂的p型硅衬底。图像感测装置100还包括轻掺杂的p型外延层130， p型 外延层130形成在p型硅衬底120上方。图像感测装置100还包括浅沟槽隔 离(STI)元件140以及防护环p型阱区150。浅沟槽隔离元件140可用来隔 离象素IIOA及110B,防护环p型阱区150大致在隔离元件140下方。象素IIOA及IIOB分别包括光二极管160，光二极管160用以感测辐射 光。光二极管160包括形成在p型外延层130中的n型掺杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像感测装置，包括：半导体衬底，其具有第一类型导电性；第一材料层，在所述半导体衬底上方，所述第一材料层具有所述第一类型导电性；第二材料层，在所述第一材料层上方，所述第二材料层具有第二类型导电性，所述第二类型导电性 与所述第一类型导电性不同；以及多个象素，在所述第二材料层中。

【技术特征摘要】
US 2007-3-6 11/682,4011. 一种图像感测装置，包括半导体衬底，其具有第一类型导电性；第一材料层，在所述半导体衬底上方，所述第一材料层具有所述第一类型导电性；第二材料层，在所述第一材料层上方，所述第二材料层具有第二类型导电性，所述第二类型导电性与所述第一类型导电性不同；以及多个象素，在所述第二材料层中。2. 如权利要求1所述的图像感测装置，其中所述第一材料层及所述第二 材料层包括外延层。3. 如权利要求1所述的图像感测装置，其中所述半导体衬底能在操作过 程中提供欧姆接触。4. 如权利要求1所述的图像感测装置，其中所述第一材料层能在操作过 程中被施予偏压。5. 如权利要求l所述的图像感测装置，还包括-多个浅沟槽隔离元件，其中各浅沟槽隔离元件设置在所述多个象素之 间；以及多个防护环阱区，其具有所述第二类型导电性，其中各防护环阱区在各 浅沟槽隔离元件下方。6. 如权利要求1所述的图像感测装置，其中所述第二材料层的厚度约介 于2.5拜至4pm之间。7. —种图像感测装置的形成方法，包括-提供半导体衬底，其具有第一类型导电性；在所述半导体衬底上方形成第一材料层，所述第一材料层具有所述第一 类型导电性；在所述第一材料层上...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪志明，杨敦年，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]