包括遮光罩的像素传感器元件制造技术

设计了ＣＭＯＳ图像传感器像素传感器元件，用于制造像素传感器元件的方法以及用于制造像素传感器元件的设计结构，用于通过提供遮光免受从所述像素传感器元件内的至少一个晶体管的背面照射，以允许在全域快门模式下进行背面照射。在第一特定一般化实施例中，在包括光敏区域的第一半导体层和至少包括被挡光层遮蔽的第二晶体管或浮动扩散区的第二半导体层之间形成挡光层。在第二一般化实施例中，薄膜晶体管和金属绝缘体金属电容器被用来代替浮动扩散区，并位于载体衬底上的介电隔离金属化叠层中被遮光。

【技术实现步骤摘要】

一般而言，本专利技术涉及像素传感器元件，其制造方法，或其用于制造的设计结构。 更具体来说，本专利技术涉及用于全域快门模式的背面照射像素传感器元件，带有增强的遮光。
技术介绍
固态传感器是应用在各种技术(包括应用于特定的成像技术)中的流行的光电子 的组件。被用作数码相机内的活动光捕获和成像元件的固态传感器特别常见。可以使用用于活动光捕获和成像元件的多种半导体技术中的任何一种，制造固态 图像传感器。已知电荷耦合器件是比较传统的固态图像传感器光捕获和成像元件。互补金 属氧化物半导体(CMOS)器件提供了用于固态图像传感 器内的再一种基于半导体的活动光 捕获和成像元件。就与其他类型的固态图像传感器相比，基于CMOS的固态图像传感器可以 消耗较少的功率而言，这样的基于CMOS半导体器件的固态图像传感器一般而言是理想的。尽管一般而言固态图像传感器，更具体来说，CMOS图像传感器，在光电子元件制造 技术中是理想的，但是，一般而言还是固态图像传感器；更具体来说CMOS图像传感器，也不 是完全没有问题。具体来说，诸如电荷转移性能增强，以及抗伪光增强之类的性能增强，一 般而言，在固态传感器内，更具体来说，在固态图像传感器内常常是理想的，以便确保准确 而及时的电荷转移和成像特征。最近受到很大的注意的两种有趣的CMOS传感器是背面照射传感器和全域快门传 感器。背面照射传感器从晶片的底部或背面接收光。因此，对来自位于硅上面的金属的传 入光没有干扰。这会产生高的量子效率和高的角响应。全域快门图像传感器可以在同时使 整个阵列曝光的模式下操作，从而消除了图像运动伪像。在全域快门图像传感器中，在曝光 之后和读出之前，在每一个像素中的光电二极管中收集的电荷必须存储在像素内的电容器 上。此电容器必须被遮蔽，以便在读出时入射的光不会添加到存储的电荷中。这是通过遮 光罩来完成的，遮光罩通常是通过连接到电容器或包括电容器的扩散区上方的金属层，以 及由连接到电容器或包括电容器的扩散区下面的离子注入掺杂剂构成的势垒组成的电子 遮蔽所产生的。背面照射成像器技术不常常与全域快门成像器技术相结合，因为难以产生 有效地防止背面光添加到存储在电容器上的电荷中的遮光罩。已知在光电子技术中有各种固态传感器结构和设计，以及其制造方法。例如，Hawkins在美国专利No. 5，244，817中讲述了制造背部照射图像传感器的经 济有效的方法。此特定方法的特征是包括使用牺牲衬底以及随后粘接的载体衬底的层转移 方法。此外，Speckbacher等人，在美国专利No. 5，852，322中讲述了另一种图像传感器 以及用于制造该图像传感器的方法。此特定的图像传感器在图像传感器内包括背部电极接 触。此外，Malinovich等人，在美国专利No. 6，168，965中讲述了经济上可制造的背部照射图像传感器。此特定的背部照射图像传感器使用玻璃层层叠方法。更进一步，Aebi等人，在美国专利No. 6，285，018中，讲述了允许低光操作的像素 传感器元件。此特定像素传感器元件使用有效像素传感器的光阴极生成的电子轰击。更进一步，Savoye在美国专利No. 6，489，992中讲述了具有大视野的电荷耦合器 件图像传感器。此特定的图像传感器使用短焦距透镜。最后，Costello等人在美国专利No. 7，005, 637中讲述了具有增强的性能的电子 轰击图像传感器。此特定的电子轰击图像传感器使用可选择的区域背部减薄。固态传感器，包括电荷耦合器件(CXD)图像传感器，具体来说进一步包括互补金 属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，随着固态传感器技术的发展，可能受到持续的注意， 重要性也会持续。如此，需要提供改进的性能(包括图像分辨率)的固态传感器，其制造方 法和用于制造其的设计结构，以及相关的组件子结构
技术实现思路
本专利技术讲述了用于产生将对于背面照射成像器起作用的遮光罩的结构，如此允许 产生全域快门背面照射成像器。更具体来说，本专利技术提供了像素传感器元件、用于制造该像 素传感器元件的方法和用于制造像素传感器元件的设计结构。其中包括挡光层的像素传感 器元件，通常，但不排他地，包括互补金属氧化物半导体(CMOS)像素传感器元件。在特定实 施例内，挡光层插入在远离载体衬底的包括光敏区域的第一半导体层和与载体衬底靠近的 并至少部分地包括被挡光层遮蔽的第二晶体管(优选情况下，还包括浮动扩散区)的第二 半导体层之间。在另一个特定实施例内，设置挡光层，使其位于介电隔离金属化叠层内遮蔽 在像素传感器元件内代替浮动扩散区使用的薄膜晶体管和金属绝缘体金属电容器。在任何 一个特定实施例内，挡光层都会避免任何一个具体公开的像素传感器元件内的伪光效应。根据本专利技术的特定像素传感器元件包括位于载体衬底上方的第二半导体层内的 第二晶体管。此特定像素传感器元件还包括位于第二半导体层和载体衬底上方的第一半导 体层内的光敏区域。此特定像素传感器元件还包括插入在第一半导体层和第二半导体层之 间并遮蔽了第二晶体管的挡光层。根据本专利技术的另一种特定像素传感器元件包括位于载体衬底上的介电隔离金属 化叠层，包括被挡光层遮蔽的薄膜晶体管和金属绝缘体金属电容器。此另一个特定像素传 感器元件还包括位于介电隔离金属化叠层和载体衬底上并包括光敏区域的半导体层。根据本专利技术的像素传感器元件的特定设计结构包括在机器可读的介质中实现的 用于设计、制造或测试集成电路的设计结构，所述设计结构包括像素传感器元件，所述像素 传感器元件包括位于载体衬底上方的第二半导体层内的第二晶体管。像素传感器元件还包 括位于所述第二半导体层和载体衬底上方的第一半导体层内的光敏区域。像素传感器元件 还包括插入在第一半导体层和第二半导体层之间并遮蔽了第二晶体管的挡光层。根据本专利技术的像素传感器元件的另一种特定设计结构包括在机器可读的介质中 实现的用于设计、制造或测试集成电路的设计结构，所述设计结构包括像素传感器元件，所 述像素传感器元件包括位于载体衬底上方的介电隔离金属化叠层，包括被挡光层遮蔽的薄 膜晶体管和金属绝缘体金属电容器。像素传感器元件还包括位于介电隔离金属化叠层和衬 底上并包括光敏区域的半导体层。根据本专利技术的用于制造像素传感器元件的特定方法包括在牺牲衬底上方形成包括光敏区域的第一半导体层。此特定方法还包括在所述第一半导体层上方形成挡光层。此 特定方法还包括在所述挡光层上方形成第二半导体层，所述第二半导体层至少部分地包括 被所述挡光层遮蔽的第二晶体管。此特定方法还包括在所述第二半导体层上方粘接载体衬 底。此特定方法还包括去除牺牲衬底。根据本专利技术的用于制造像素传感器元件的另一种特定方法包括在牺牲衬底上方 形成包括光敏区域的第一半导体层。此另一个特定方法还包括在所述第一半导体层上方形 成介电隔离金属化叠层，包括被挡光层遮蔽的薄膜晶体管和金属绝缘体金属电容器。此另 一个特定方法还包括在所述介电隔离金属化叠层上方粘接载体衬底。此另一个特定方法还 包括去除牺牲衬底。 附图说明在下面阐述的“具体实施方式”的上下文内理解本专利技术的目的、特征和优点。“具 体实施方式”在构成此说明书的材料部分附图的上下文内理解，其中图1显示了 CMOS全域快门成像像素的现有技术的图形。图2显示了背面照射的成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种像素传感器元件，包括：位于载体衬底上方的第二半导体层内的第二晶体管；位于所述第二半导体层和所述载体衬底上方的第一半导体层内的光敏区域；以及位于所述第一半导体层和所述第二半导体层之间并遮蔽所述第二晶体管使其免受背面照射的挡光层。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰J俄里斯莫纳翰，杰弗里P甘比诺，马克D加菲，理查德J拉塞尔，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]