图像传感器及其制造方法技术

图像传感器可包括在由ＩｎＳｂ制成的第一衬底上方形成的读出电路，第一衬底包括像素部和外围部。可在包括读出电路的第一衬底上方形成布线和层间介电层。可在层间介电层上方并在第一衬底的像素部上方形成光电二极管，并且上电极层可与光电二极管连接，从而在夜晚也能够反映物体的形状，能够提供晶体管电路和光电二极管的垂直集成，最小化暗电流源并防止饱和度和灵敏度降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
图像传感器是将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像传感器主要被分为电 荷耦合器件(CCD)图像传感器以及互补金属氧化物硅(CMOS)图像传感器(CIS)。 CMOS图像传感器通过使用切换方法顺序地检测每个单位像素的电信号来产生图 像。在每个单位像素中形成至少一个光电二极管和至少一个MOS晶体管。CMOS图像传感器可具有这样一种结构，其中将输入光信号转换成电信号的光电二极管区与处理电信号的晶 体管区为水平布置。 在水平型CMOS图像传感器中，光电二极管和晶体管形成为在衬底上彼此水平地 相邻。因此，需要用于形成光电二极管的附加区域，从而感光区的填充因数下降并且分辨率 受限。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种。根据实施例的一种图像传 感器可包括在由InSb制成的第一衬底上方形成的读出电路，该第一衬底包括像素部和外 围部。可在包括所述读出电路的所述第一衬底上方形成布线和层间介电层。可在所述层间 介电层上方并在所述第一衬底的所述像素部上方形成光电二极管，并且上电极层可与所述 光电二极管连接。 根据实施例的一种图像传感器的制造方法可包括在由InSb制成的第一衬底上 方形成读出电路和层间介电层，该层间介电层包括与该读出电路电连接的布线，该第一衬 底包括像素部和外围部；形成包括光电二极管的第二衬底；将包括所述光电二极管的所述 第二衬底接合至所述层间介电层上；去除所述第二衬底，使所述光电二极管存留在所述层 间介电层上；形成与所述光电二极管和在所述外围区处形成的所述布线连接的上电极层； 以及在所述上电极层上方形成钝化层。 本专利技术的图像传感器在夜晚也能够反映物体的形状，能够提供晶体管电路和光电 二极管的垂直集成，能够最小化暗电流源并防止饱和度和灵敏度降低。附图说明 示例性图1-图15为示出根据本专利技术实施例的图像传感器制造方法的侧剖视图和 平面图。具体实施例方式将参考附图详细描述根据本专利技术实施例的。实施例不限 于CMOS图像传感器，并且可被应用于需要光电二极管的所有图像传感器(包括CCD图像传感器)。 示例性图15为示出根据实施例的图像传感器的剖视图。如示例性图15所示，根 据实施例的图像传感器可包括设置在包括像素部A和外围部B的第一衬底100上方的布线 150以及层间介电层160。光电二极管200可设置在第一衬底100的像素部A的上方。上 电极层260可与光电二极管200连接。第一衬底100可由化合物半导体InSb制成。 参见示例性图1-图15，在下文中描述根据实施例的图像传感器的制造方法。示例 性图1为形成有布线150的第一衬底100的示意图，示例性图2为示例性图1的细节图，描 述将基于示例性图2。 如示例性图1所示，限定了像素部A和外围部B。可在包括读出电路(readout circuit) 120的第一衬底100的上方形成布线150、层间介电层160以及金属层210。 第一衬底100可由化合物半导体InSb制成。第一衬底100可掺杂有p-型掺杂 物或n-型掺杂物。由于第一衬底100由化合物半导体InSb制成，从而能够制造可感知 0. 78-1000 ym波长的光的红外传感器。即，其能够制造即使在夜间也可用作图像传感器的 传感器。 可通过在第一衬底IOO上方形成器件隔离层来限定有源区。可在有源区中形成 包括晶体管的读出电路120。例如，读出电路120可包括转移晶体管(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。离子注入区130可形成为包括浮 置扩散区(FD) 131和晶体管的源极/漏极区133、 135和137。读出电路120还可采取3Tr 结构或5Tr结构的形式。 在第一衬底100上方形成读出电路120的步骤可包括在第一衬底100上方形成电 结(electrical junction)区140的步骤、以及在电结区140上形成与布线150连接的第 一导电连接区147的步骤。例如，电结区140可为PN结，但是不限于此。并且，例如，电结 区140可包括在第二导电阱141或第二导电外延层上形成的第一导电离子注入层143，以及 在第一导电离子注入层143上形成的第二导电离子注入层145。例如，如示例性图2所示， PN结140可为P0(145)/N-(143)/P-(141)结，但是不限于此。 根据实施例，通过设计器件使得转移晶体管(Tx)的源极/漏极两端之间存在电势 差，全部倾泻(dump)光电荷变成可能。因此，光电二极管产生的光电荷被倾泻至浮置扩散 区内，从而可以提高输出图像的灵敏度。 也就是说，通过在具有读出电路120的第一衬底100上形成电结区140使得在转 移晶体管(Tx) 121两端处的源极/漏极之间存在电势差，能够实现全部倾泻光电荷。参见 示例性图2和图3，在下文中详细描述光电荷的倾泻结构。 在实施例中，与浮置扩散区(FD)131的节点(其为N+结)不同，P/N/P电结区140 并未被提供全部的施加电压，并在预定电压处夹止(pinched-off)。此电压被称作"钉扎电 压(pinning voltage)"，其取决于PO (145)和N-(143)的掺杂浓度。 具体地，由光电二极管200产生的电子移动到PNP结140，并且当转移晶体管 (Tx) 121开启时，这些电子被传输到FD 131的节点并被转换成电压。PO/N-/P-结140的最 大电压值为钉扎电压，并且FD 131的节点的最大电压值为Vdd-Rx Vth。如示例性图3所 示，由于Tx 121两端之间的电势差，由芯片上的光电二极管产生的电子可被倾泻至FD 131 的节点，而没有电荷共享。 也就是说，在实施例中，在第一11^13衬底100上方形成？0/^-/ 阱结(而不是^/ 阱结)的理由是在4-Tr APS复位(reset)中，正电压被施加至P0/N-/P阱结处的N_143， 并且地电压被施加至P0145和P阱141，因此，？0/^-/ 阱双结在预定电压处夹止，与BJT结 构类似。 再次说明，这被称为"钉扎电压"。因此，在Tx 121源极/漏极两端之间产生电势 差，从而当Tx开启/关闭时光电荷通过Tx被完全从N-阱倾泻至FD，从而防止电荷共享。 根据公知技术的图像传感器，光电二极管被简单地连接至N+结。而根据本专利技术实 施例，能够消除例如降低饱和度和灵敏度的问题。 然后，根据实施例，在光电二极管和读出电路120之间形成第一导电连接区147， 以形成用于使光电荷的移动畅通的通道。暗电流源被最小化，并且可以防止饱和度和灵敏 度降低。为此目的，根据实施例，能够在？0/^/^-结140的表面上形成N+掺杂区作为用于 欧姆接触的第一导电连接区147。可形成N+区147以穿过PO与N-143接触。 还能够最小化第一导电连接区的宽度，以最小化第一导电连接区147中的泄露。 为此目的，在实施例中，可在蚀刻第二金属接触件151a之后执行插塞植入，但是不限于此。 例如，可以形成离子注入图案，并将离子注入图案用作掩模来形成第一导电连接区147。 也就是说，仅对形成接触的部分进行部分地施加N+掺杂，能够平滑地形成欧姆接 触并最小化暗信号。与公知技术相同，当整个Tx源极被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：在由ＩｎＳｂ制成的第一衬底上方形成的读出电路，该第一衬底包括像素部和外围部；在包括所述读出电路的所述第一衬底上方形成的布线和层间介电层；在所述层间介电层上方并在所述第一衬底的所述像素部上方形成的光电二极管；以及与所述光电二极管连接的上电极层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：全承镐，
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]