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垂直电荷转移成像传感器及其制造方法技术

技术编号:39942021 阅读:7 留言:0更新日期:2024-01-08 22:38
本发明专利技术涉及一种垂直电荷转移成像传感器及其制造方法。所述垂直电荷转移成像传感器中,深沟槽隔离在衬底中限定出第一数量的像素区和第二数量的第一公共衬底区,并且,深沟槽隔离与衬底的背面之间具有第二公共衬底区,所述第二公共衬底区连通各像素区以及第一公共衬底区,浅沟槽隔离在每个像素区限定出感光区和电荷读取区,栅极结构形成于像素区表面,所述栅极结构及其下方的像素区构成MOS电容,其中,MOS电容的衬底端电压从衬底正面一侧施加于第一公共衬底区,该衬底端电压通过第一公共衬底区和第二公共衬底区传递至各像素区的衬底,从而不需要在衬底背面形成金属电极,可以避免在衬底背面形成金属电极时存在的界面缺陷高以及接触电阻大的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及感光,尤其涉及一种垂直电荷转移成像传感器及一种垂直电荷转移成像传感器的制造方法。


技术介绍

1、垂直电荷转移成像传感器(vertically charge transferring pixel sensors)是一种采用衬底以及浮栅晶体管结构实现成像的图像传感器。图1是垂直电荷转移成像传感器的平面示意图。图2是沿图1中xx'方向的垂直电荷转移成像传感器的截面示意图。参照图1和图2,垂直电荷转移成像传感器通常包括基于衬底10形成的多个像素,每个像素包括形成于衬底10中且隔着浅沟槽隔离(sti)的感光区11和电荷读取区12,还包括形成于感光区11和电荷读取区12上的栅极结构,所述栅极结构包括在衬底10上依次堆叠的栅介质层、浮栅fg、栅间介质层以及控制栅cg,每个像素还包括形成于电荷读取区12且分别位于控制栅(cg)两侧的源区s和漏区d。上述垂直电荷转移成像传感器中,所述栅极结构及其下方的感光区11构成mos电容,其中控制栅(cg)和感光区11的衬底10分别为mos电容的两个电极,所述栅极结构与源区s和漏区d构成读取晶体管。垂直电荷转移成像传感器的感光机理为:光线从衬底10远离上述栅极结构的一侧入射到衬底10中,与衬底晶格碰撞而产生光电子,在mos电容上施加适合的偏压,可使得光电子朝向控制栅cg移动,并聚集到感光区11的表面或者越过势垒进入浮栅(fg),进而使得所述读取晶体管的漏端电流和/或阈值电压发生变化,通过检测这种变化,能够实现光电感测以及成像。

2、相比传统的基于光电二极管的传感器件(如cmos图像传感器),垂直电荷转移成像传感器在相同像素尺寸下可实现更高的满阱电荷,从而具有更高的信噪比,在像素微缩方面具有较明显优势。

3、为了避免不同像素之间光电子的串扰(crosstalk),如图2所示,目前通过形成贯穿衬底10的深沟槽隔离(dti)以物理隔离相邻的像素,为了方便对作为mos电容电极的衬底10施加电压,在衬底10背面像素之间的区域嵌设金属电极13,金属电极13的部分表面与衬底10直接接触,另一部分表面间隔高介电常数层14覆盖深沟槽隔离dti,高介电常数层14还形成于金属电极13周围的衬底10背面。

4、但是,上述设置于衬底10背面的金属电极13的部分表面直接与衬底10接触,界面缺陷高且接触电阻大,而且形成上述衬底背面结构的工艺复杂,会增加垂直电荷转移成像传感器的制作成本。


技术实现思路

1、为了在像素之间形成有效隔离的同时,避免在衬底背面形成金属电极时存在的界面缺陷高以及接触电阻大的问题,本专利技术提供一种垂直电荷转移成像传感器及其制造方法

2、一方面,本专利技术提供一种垂直电荷转移成像传感器,所述垂直电荷转移成像传感器包括:

3、衬底,具有第一掺杂类型且包括相背的正面和背面;

4、深沟槽隔离,形成于所述衬底正面,所述深沟槽隔离的横截面为网格结构,以在所述衬底中限定出第一数量的像素区以及位于所述像素区之间的第二数量的第一公共衬底区,并且,所述深沟槽隔离的下端与所述衬底的背面之间具有第二公共衬底区,所述第二公共衬底区连通各所述像素区以及所述第一公共衬底区;

5、浅沟槽隔离,形成于所述衬底正面,每个像素区包括通过所述浅沟槽隔离限定的感光区和电荷读取区;以及

6、栅极结构,形成于所述像素区表面,所述栅极结构及其下方的所述像素区构成mos电容,其中,所述mos电容的衬底端电压从所述衬底正面一侧施加于所述第一公共衬底区。

7、可选地,所述栅极结构包括堆叠于所述感光区和所述电荷读取区表面的栅介质层、浮栅、栅间介质层以及控制栅,其中,所述浮栅、所述栅间介质层以及所述控制栅从所述感光区延伸至所述电荷读取区;所述垂直电荷转移成像传感器还包括形成于所述电荷读取区且分别位于所述栅极结构两侧的源区和漏区,所述栅极结构与所述源区以及所述漏区构成读取晶体管。

8、可选地,所述垂直电荷转移成像传感器还包括:

9、层间介质层,形成于所述衬底的正面一侧且覆盖所述衬底以及所述栅极结构;

10、衬底电极插塞,贯穿所述层间介质层且电连接所述第一公共衬底区;以及

11、金属连线层,形成于所述层间介质层表面,且电连接所述衬底电极插塞。

12、可选地,所述衬底还包括形成于所述第一数量的像素区和所述第二数量的第一公共衬底区外围的外围区,所述金属连线层延伸至所述外围区。

13、可选地,所述垂直电荷转移成像传感器还包括:

14、至少一个导通孔,位于所述外围区且贯穿所述衬底,所述导通孔与所述金属连线层电连接;以及

15、至少一个金属连接垫,形成于所述外围区且位于所述衬底的背面一侧,所述金属连接垫与相应的所述导通孔电连接,其中,所述衬底电极插塞通过所述金属连线层以及所述导通孔与相应的所述金属连接垫电连接。

16、可选地,所述深沟槽隔离包括形成于所述衬底正面的深沟槽、形成于所述深沟槽内的隔离介质以及被所述隔离介质包围的沟槽电极。

17、可选地,所述网格结构中,网格线上的各点对应的所述深沟槽隔离的下端区域与所述衬底背面之间的距离相等或者在一范围内变化。

18、可选地,所述网格结构中,网格线的各交点对应的所述深沟槽隔离的下端区域在所述衬底中的深度较所述网格线的非交点对应的所述深沟槽隔离的下端区域在所述衬底中的深度大。

19、可选地,所述网格线的各交点对应的所述深沟槽隔离的下端区域贯穿所述衬底,所述网格线的非交点对应的所述深沟槽隔离的下端区域未贯穿所述衬底。

20、可选地,所述垂直电荷转移成像传感器还包括覆盖所述衬底背面的高介电常数层。

21、一方面,本专利技术提供一种垂直电荷转移成像传感器的制造方法,所述制造方法包括:

22、提供衬底,所述衬底具有第一掺杂类型且包括相背的正面和背面;

23、在所述衬底的正面形成深沟槽隔离和浅沟槽隔离,所述深沟槽隔离的横截面为网格结构,以在所述衬底中限定出第一数量的像素区以及位于所述像素区之间的第二数量的第一公共衬底区,每个所述像素区包括通过所述浅沟槽隔离限定的感光区和电荷读取区;

24、在所述像素区表面形成栅极结构,并在所述电荷读取区形成源区和漏区,所述源区和漏区分别位于所述栅极结构的两侧;

25、从背面减薄所述衬底,使所述深沟槽隔离的下端与所述衬底的背面之间形成第二公共衬底区,所述第二公共衬底区连通各所述像素区以及所述第一公共衬底区,其中,所述栅极结构及其下方的所述像素区构成mos电容,所述mos电容的衬底端电压从所述衬底正面一侧施加于所述第一公共衬底区。

26、可选地,从背面减薄所述衬底时,先利用cmp工艺将所述衬底减薄至第一厚度,再利用湿法蚀刻工艺将所述衬底减薄至第二厚度。

27、可选地,所述网格结构中,网格线的各交点对应的所述深沟槽隔离的下端区域在所述衬底中的深度较所述网格线的非交点本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种垂直电荷转移成像传感器,其特征在于,包括:

2.如权利要求1所述的垂直电荷转移成像传感器,其特征在于,所述栅极结构包括堆叠于所述感光区和所述电荷读取区表面的栅介质层、浮栅、栅间介质层以及控制栅,其中,所述浮栅、所述栅间介质层以及所述控制栅从所述感光区延伸至所述电荷读取区;所述垂直电荷转移成像传感器还包括形成于所述电荷读取区且分别位于所述栅极结构两侧的源区和漏区,所述栅极结构与所述源区以及所述漏区构成读取晶体管。

3.如权利要求1所述的垂直电荷转移成像传感器,其特征在于,还包括:

4.如权利要求3所述的垂直电荷转移成像传感器,其特征在于,所述衬底还包括形成于所述第一数量的像素区和所述第二数量的第一公共衬底区外围的外围区,所述金属连线层延伸至所述外围区。

5.如权利要求4所述的垂直电荷转移成像传感器,其特征在于,还包括:

6.如权利要求1所述的垂直电荷转移成像传感器,其特征在于,所述深沟槽隔离包括形成于所述衬底正面的深沟槽、形成于所述深沟槽内的隔离介质以及被所述隔离介质包围的沟槽电极。

7.如权利要求1所述的垂直电荷转移成像传感器,其特征在于,所述网格结构中,网格线上的各点对应的所述深沟槽隔离的下端区域与所述衬底背面之间的距离相等或者在一范围内变化。

8.如权利要求7所述的垂直电荷转移成像传感器,其特征在于,所述网格结构中,网格线的各交点对应的所述深沟槽隔离的下端区域在所述衬底中的深度较所述网格线的非交点对应的所述深沟槽隔离的下端区域在所述衬底中的深度大。

9.如权利要求8所述的垂直电荷转移成像传感器,其特征在于,所述网格线的各交点对应的所述深沟槽隔离的下端区域贯穿所述衬底,所述网格线的非交点对应的所述深沟槽隔离的下端区域未贯穿所述衬底。

10.如权利要求1所述的垂直电荷转移成像传感器,其特征在于,还包括覆盖所述衬底背面的高介电常数层。

11.一种垂直电荷转移成像传感器的制造方法,其特征在于,包括:

12.如权利要求11所述的制造方法,其特征在于,从背面减薄所述衬底时,先利用CMP工艺将所述衬底减薄至第一厚度,再利用湿法蚀刻工艺将所述衬底减薄至第二厚度。

13.如权利要求11所述的制造方法,其特征在于,所述网格结构中,网格线的各交点对应的所述深沟槽隔离的下端区域在所述衬底中的深度较所述网格线的非交点对应的所述深沟槽隔离的下端区域在所述衬底中的深度大;从背面一侧减薄所述衬底时,以所述网格线的各交点对应的所述深沟槽隔离的下端区域为刻蚀停止点。

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【技术特征摘要】

1.一种垂直电荷转移成像传感器,其特征在于,包括:

2.如权利要求1所述的垂直电荷转移成像传感器,其特征在于,所述栅极结构包括堆叠于所述感光区和所述电荷读取区表面的栅介质层、浮栅、栅间介质层以及控制栅,其中,所述浮栅、所述栅间介质层以及所述控制栅从所述感光区延伸至所述电荷读取区;所述垂直电荷转移成像传感器还包括形成于所述电荷读取区且分别位于所述栅极结构两侧的源区和漏区,所述栅极结构与所述源区以及所述漏区构成读取晶体管。

3.如权利要求1所述的垂直电荷转移成像传感器,其特征在于,还包括:

4.如权利要求3所述的垂直电荷转移成像传感器,其特征在于,所述衬底还包括形成于所述第一数量的像素区和所述第二数量的第一公共衬底区外围的外围区,所述金属连线层延伸至所述外围区。

5.如权利要求4所述的垂直电荷转移成像传感器,其特征在于,还包括:

6.如权利要求1所述的垂直电荷转移成像传感器,其特征在于,所述深沟槽隔离包括形成于所述衬底正面的深沟槽、形成于所述深沟槽内的隔离介质以及被所述隔离介质包围的沟槽电极。

7.如权利要求1所述的垂直电荷转移成像传感器,其特征在于,所述网格结构中,网格线上的各点对应的所述深沟槽隔离的下端区域与所述衬底背面之间...

【专利技术属性】
技术研发人员:易开样曹开玮郑志强
申请(专利权)人:武汉新芯集成电路制造有限公司
类型:发明
国别省市:

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