图像传感器及其制造方法技术

一种图像传感器及其制造方法，其中，该图像传感器可以包括读出电路、金属互连件、金属层和图像传感器件。该金属互连件可以形成在该读出电路上方，并且该金属层可以形成在该金属互连件上方。该图像传感器件可以形成在该金属层上方。该金属层可以通过低温沉积方法在低温下形成。本发明专利技术能够将暗电流源最小化并且抑制饱和度和灵敏度的降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
图像传感器是一种将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像传感器可以大致分为电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体 (CMOS)图像传感器(CIS)。在图像传感器的制造过程中，可以使用离子注入在衬底中形成光电二极 管。为了达到增加像素的数量而并不增加芯片的尺寸的目的，光电二极管的 尺寸被减小，随着光电二极管尺寸的减小，光接收部的面积也减小了，从而 导致图像质量下降。并且，由于堆叠高度的减少并不像光接收部的面积减少的那么多，因此 入射到光接收部的光子的数量也由于称为艾里斑(Airy disk)的光衍射而减 少。作为克服该局限的选择，人们尝试使用非晶硅(Si)形成光电二极管， 或者使用如晶片-晶片的接合这样的方法在硅(Si)衬底中形成读出电路，以 及在读出电路上和/或上方形成光电二极管(称为三维(3D)图像传感器)。 光电二极管通过金属互连件连接到读出电路。在晶片-晶片的接合中，可能会产生接合力的问题。另外，由于转移晶体管的源极和漏极都重掺杂了N-型杂质，因此产生了 电荷共享现象。当产生电荷共享现象时，输出图像的灵敏度降低，并且可能 产生图像错误。此外，由于光电荷不容易在光电二极管和读出电路之间移动，因此产生 了暗电流(darkcurrent)和/或降低了饱和度和灵敏度
技术实现思路
本专利技术实施例涉及一种，其采用垂直型光电二 极管以增强该垂直型光电二极管和读出电路之间的物理接触和电接触。本专利技术实施例涉及一种，其能够抑制电荷共享 的出现同时增大填充系数。本专利技术实施例涉及一种，其通过提供光电荷在 光电二极管和读出电路之间的快速移动路径而将暗电流源最小化并且抑制 饱和度和灵敏度的降低。根据实施例，图像传感器设置为可以包括读出电路，位于第一衬底上; 金属互连件，位于该读出电路上；金属层，位于该金属互连件上；以及图像 传感器件，位于该金属层上，其中，该金属层在低温下沉积。根据另一实施例，图像传感器的制造方法可以包括在第一衬底上形成 读出电路；在该读出电路上形成金属互连件；在该金属互连件上形成以低温 沉积的金属层；以及在该金属层上形成图像传感器件。本专利技术能够将暗电流源最小化并且抑制饱和度和灵敏度的降低。附图说明图1示出了依据本专利技术实施例的图像传感器的剖视图。 图2A-图8说明了依据本专利技术实施例的图像传感器的制造方法。 图9示出了依据本专利技术另一个实施例的图像传感器的读出电路部分的剖 视图。具体实施例方式现将参考附图详细描述依据本专利技术实施例的。 当此处使用术语上或上方时，如果涉及层、区域、图案或者结 构，应理解为所述的层、区域、图案或者结构可以直接位于另一层或结构上， 或者也可以存在中间的层、区域、图案或者结构。当此处使用术语下方 或之下时，如果涉及层、区域、图案或者结构，应理解为所述的层、区 域、图案或者结构可以直接位于另一层或结构下方，或者也可以存在中间的 层、区域，图案或结构。另外，可以理解，为了清楚理解本专利技术，简化了本专利技术实施例的附图和5描述以仅仅示出相关的元件，而为了简明的目的省略了其它公知的元件。本领域普通技术人员可以认识到为了实现本专利技术，其它的元件也是需要的和/或必须的。然而，由于这些元件是本领域公知的，并且由于这些器件并不有助于更好地理解本专利技术，因此在此处不对这些元件加以讨论。如图1所示，依据本专利技术实施例的图像传感器可以包括读出电路(未示出)，形成在第一衬底100上；金属互连件150，形成在读出电路上并与读出电路连接；金属层220，位于金属互连件150上；以及图像传感器件210，位于金属层220上。金属层220可以在低温下形成。图像传感器件210可以是光电二极管、光栅或其任意组合。虽然实施例描述了光电二极管形成在晶体半导体层中，但是光电二极管并不限于此。例如，光电二极管可以形成在非晶半导体层中。在下文中，将参考图2到图8描述依据本专利技术实施例的图像传感器的制造方法。图2A示出了其上形成有金属互连件150的第一衬底100的简化的剖面图，并且图2B为依据图2A的第一衬底100的一个实施例的细节图。参见图2B，图像传感器的制造方法可以包括提供其上形成有金属互连件150和读出电路120的第一衬底100。第一衬底100可以是第二导电类型衬底，但是不限于此。在实施例中，器件隔离层110可以形成在第二导电类型的第一衬底100中，以定义有源区。包括至少一个晶体管的读出电路120可以形成在有源区上。在一个实施例中，读出电路可以包括转移晶体管(Tx)121、复位晶体管(Rx) 123、驱动晶体管(Dx) 125以及选择晶体管(Sx)127。可以形成包括浮置扩散区(FD) 131和各个晶体管的源极/漏极区133、135和137的离子注入区130。依据进一步的实施例，可以形成噪声去除电路，以使灵敏度最大。在第一衬底IOO上形成读出电路120可以包括在第一衬底100中形成电结区(electrical junction region) 140，和形成插入到金属互连件150与电结区140之间并与金属互连件150和电结区140电连接的第一导电类型连接区147。电结区140可以是PN结，但不限于此。例如，电结区140可以包括形成在第二导电类型阱141 (或第二导电类型外延层)上的第一导电类型离子注入层143，和形成在第一导电类型离子注入层143上的第二导电类型离6子注入层145。例如，PN结140可以是如图2B所示的P0(145)/N-(143)/P-(141) 结，但不限于此。依据实施例，对器件进行设计，使得位于转移晶体管(Tx) 121两侧的 源极和漏极之间具有电势差，从而可以将光电荷完全卸出(dump)。因此， 光电二极管产生的光电荷完全被卸出到浮置扩散区，从而可以使输出图像的 灵敏度最大。因此，电结区140可以形成在其中形成有读出电路120的第一衬底100 中，以允许在转移晶体管(Tx) 121的源极和漏极之间产生电势差，从而可 以完全卸出光电荷。在下文中，将详细描述依据实施例的光电荷的卸出结构。与浮置扩散区(FD) 131的节点(其为N+结)不同，PNP结140 (其为 电结区140，并且所施加的电压并未完全转移到该PNP结140)在预定电压 下被夹断(pinched-off)。这一电压叫做钉扎电压(pinning voltage)，其取 决于P0区145和N-区143的掺杂浓度。更具体地说，从光电二极管210产生的电子移动到PNP结140，并且上 述电子被转移到浮置扩散区(FD) 131的节点并在转移晶体管(Tx) 121导 通时被转换成电压。由于P0/N-7P-结140的最大电压值变成钉扎电压，并且浮置扩散区(FD) 131的节点的最大电压值变成Vdd^ 123的阀值电压Vth ，因此利用施加在转 移晶体管(Tx) 131两侧之间的电势差，从位于芯片上部中的光电二极管210 产生的电子可以完全卸出到浮置扩散区(FD) 131的节点，而不会电荷共享。意即，依据实施例，P0/N-7P-阱结(不是N+7P-阱结)形成在第一衬底 100中，以使得在4-Tr有源像素传感器(APS)复位操作过程中，a+电压被 施加到P0/N-7P-阱结的N-区143，而接地电压被施加到P0区145和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器，包括：　读出电路，位于第一衬底上；　金属互连件，连接至该读出电路；　低温沉积的金属层，位于该金属互连件上；以及　图像传感器件，位于该金属层上。

【技术特征摘要】
KR 2007-12-21 10-2007-0135888;KR 2008-8-25 10-20081. 一种图像传感器，包括读出电路，位于第一衬底上；金属互连件，连接至该读出电路；低温沉积的金属层，位于该金属互连件上；以及图像传感器件，位于该金属层上。2. 如权利要求1所述的图像传感器，其中该金属层通过光化学方法而形成。3. 如权利要求l所述的图像传感器，其中该金属层包括金。4. 如权利要求1所述的图像传感器，还包括电结区，位于该第一衬底上 且电连接至该读出电路。5. 如权利要求4所述的图像传感器，其中该电结区包括 第一导电类型离子注入区，位于该第一衬底上；以及 第二导电类型离子注入区，位于该第一导电类型离子注入区上。6. 如权利要求4所述的图像传感器，其中该读出电路包括晶体管，该电 结区设置在该晶体管的一侧，使得该晶体管的源极和漏极之间存在电势差。7. 如权利要求6所述的图像传感器，其中该晶体管包括转移晶体管，并 且该转移晶体管的源极的离子注入浓度低于浮置扩散区的离子注入浓度。8. 如权利要求4所述的图像传感器，还包括第一导电类型连接区，位于 该电结区和该金属互连件之间。9. 如权利要求8所述的图像传感器，其中该第一导电类型连接区设置在 该电结区的上部且电连接至该金属互连件。10. ...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋日镐，
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]