【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形成方法。
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
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形成方法。
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，所述衬底内形成有深沟槽隔离和浅沟槽隔离，其中，所述深沟槽隔离的横截面为网格结构，所述衬底背面露出至少部分所述深沟槽隔离，所述深沟槽隔离在所述衬底中限定出第一数量的像素区以及位于所述第一数量的像素区之间的第二数量的公共衬底区，所述浅沟槽隔离形成于每个像素区的衬底正面并限定出感光区和电荷读取区；
4、多晶硅层，从所述衬底的背面保形覆盖所述衬底和所述深沟槽隔离，所述多晶硅层与各所述像素区和所述公共衬底区的衬底电连接；以及
5、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公共衬底区。
6、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。
7、可选地，所述深沟槽隔离下端的一部分区域从所述衬底背面露出，另一部分区域未露出；或者，所述深沟槽隔离的下端全部从所述衬底背面露出，从所述衬底背面暴露的所述深沟槽隔离的横截面为网格结构。
8、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正面之间的距离相同或者在一范围内变化。
9、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均突出于所述衬底背面或者均与所述衬底背面平齐；或者，网格线上的各点对应的所述深沟槽隔离的下端区域部分突出于所述衬底背面且部分与所述衬底背面平齐。
10、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更远离所述衬底背面。
11、可选地，所述垂直电荷转移成像传感器还包括：
12、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；
13、衬底电极插塞，贯穿所述层间介质层且电连接至所述公共衬底区；以及
14、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。
15、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。
16、可选地，所述垂直电荷转移成像传感器还包括：
17、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
18、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而与相应的所述金属连接垫电连接。
19、可选地，所述垂直电荷转移成像传感器还包括覆盖所述多晶硅层的高介电常数层。
20、一方面，本专利技术提供一种垂直电荷转移成像传感器的形成方法，所述形成方法包括：
21、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；
22、在所述衬底的正面形成深沟槽隔离和浅沟槽隔离，所述深沟槽隔离和所述浅沟槽隔离从所述正面延伸至所述衬底内，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公共衬底区，所述浅沟槽隔离在所述像素区内限定出感光区和电荷读取区；
23、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；
24、从背面减薄所述衬底，以露出至少部分所述深沟槽隔离；
25、形成多晶硅层，所述多晶硅层从所述衬底的背面保形覆盖所述衬底以及所述深沟槽隔离，所述多晶硅层与各所述像素区和所述公共衬底区的衬底电连接，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公共衬底区。
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【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，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部分从所述衬底背面露出而部分未露出；或者，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全部从所述衬底背面露出，从所述衬底背面暴露的所述深沟槽隔离的横截面为网格结构。
4.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正面之间的距离相同或者在一范围内变化。
5.如权利要求1所述的垂直电荷转移成像传感器，其特征在
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更远离所述衬底背面。
7.如权利要求1至6任一项所述的垂直电荷转移成像传感器，其特征在于，还包括：
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。
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，还包括：
10.如权利要求1至6任一项所述的垂直电荷转移成像传感器，其特征在于，还包括覆盖所述多晶硅层的高介电常数层。
11.一种垂直电荷转移成像传感器的形成方法，其特征在于，所述形成方法包括：
12.如权利要求11所述的形成方法，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更远离所述衬底正面；从背面减薄所述衬底，以露出至少部分所述深沟槽隔离后，至少所述网格线的各交点对应的所述深沟槽隔离的下端区域从所述衬底背面露出。
13.如权利要求11所述的形成方法，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未暴露所述深沟槽隔离的第一厚度，再利用湿法蚀刻工艺将所述衬底减薄至暴露出至少部分所述深沟槽隔离的第二厚度。
14.如权利要求11所述的形成方法，其特征在于，形成所述多晶硅层包括：
...【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，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部分从所述衬底背面露出而部分未露出；或者，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全部从所述衬底背面露出，从所述衬底背面暴露的所述深沟槽隔离的横截面为网格结构。
4.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正面之间的距离相同或者在一范围内变化。
5.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均突出于所述衬底背面或者均与所述衬底背面平齐；或者，网格线上的各点对应的所述深沟槽隔离的下端区域部分突出于所述衬底背面且部分与所述衬底背面平齐。
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，所述网格结构中，网格线...
【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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