背面照明图像传感器制造技术

一种背面照明图像传感器，包含有至少一像素区域，所述像素区域包含有光敏二极管以及转移晶体管，所述转移晶体管具有由栅极多晶硅与栅极氧化层所构成且用以接收控制指令的控制电极、耦接于所述光敏二极管的第一电极，以及第二电极。其中所述转移晶体管具有感应通道，所述感应通道部分围绕着由所述转移晶体管的所述栅极多晶硅与所述栅极氧化层所填入的凹陷空间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及背面照明传感器，尤指一种具有较小面积的背面照明传感器。
技术介绍
随着金属氧化物互补(complementary metal-oxide-metal, CMOS)半导体图像传感器(CMOS image sensor, CIS)中像素尺寸的减小,传感器阵列中降低感测效能的各种因素，如量子效应(quantum efficiency, QE)、串话干扰(crosstalk)以及暗电流(darkcurrent)等，均会变得更加显著。对现有图像传感器而言，例如前面照明传感器(frontside illuminated sensor),每个像素传感器的透镜均被制造在基板的前面(front side)上。因此，入射光需要穿过金属层所构成的线路间其中多层的介电质(dielectric)才能到 达光敏二极管(photo diode)，否则行进中的光会被金属或其它反射性的物质所吸收或反射。为了精简化图像传感器的面积，现有技术提出了背面照明图像传感器的结构。对背面照明图像传感器来说，入射光是由该图像传感器的基板的背面所投射进来的，因此该基板的正面可被应用在许多功能性的电路之上。参照图1，其为现有背面照明图像传感器的像素结构的部分剖面图。该像素结构包含有光敏二极管100、转移晶体管(transfertransistor) 200、重置晶体管(reset transistor) 500,以及隔绝结构400。光敏二极管100包含有N型掺杂层NL以及P型掺杂层PL，用以将该入射光转换为电子信号。转移晶体管200 (在此范例中，其为形成于P型井上的N型金属氧化物互补半导体晶体管)于是依据由栅极电极所接收到的控制指令，将该电子信号从光敏二极管100经由N型掺杂连接通道300转移至其它电路之中，以便后续的处理。隔绝结构400在此则是用来防止噪声污染该电子信号的完整性。而重置晶体管500则用以重置光敏二极管100。经由应用背面照明技术，愈来愈多的基板正面空间可被用来建立多种不同功能性的电路。然而，为了进一步地应用发展背面照明技术的优势，愈来愈多的研究投入精简化背面照明传感器以及将其面积利用效率提高的技术。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种具有精简面积的背面照明图像传感器来解决上述的问题。依据本专利技术的一实施例,其提供了一种背面照明(back-side illumination,BSI)图像传感器，包含有至少一像素区域，该像素区域包含有光敏二极管(photo diode)以及转移晶体管(transfer transistor),该转移晶体管具有由栅极多晶娃(gate poly)与栅极氧化层(gate oxide)所构成且用以接收控制指令的控制电极、耦接于该光敏二极管的第一电极，以及第二电极。其中该转移晶体管具有感应通道，该感应通道部分围绕着由该转移晶体管的该栅极多晶硅与该栅极氧化层所填入的凹陷空间。依据本专利技术的另一实施例，其提供了一种背面照明图像传感器，包含有至少一像素区域，该像素区域包含有光敏二极管以及转移晶体管。该光敏二极管包含有第一掺杂基板(doped substrate)以及第二掺杂基板。该转移晶体管具有由栅极多晶硅与栅极氧化层所构成且用以接收控制指令的控制电极、耦接于该光敏二极管的第一电极，以及第二电极。其中该第一掺杂基板用以作为该转移晶体管的该第一电极。依据本专利技术的另一实施例，其提供了一种背面照明图像传感器，包含有至少一像素区域，该像素区域包含有光敏二极管以及至少一晶体管。该晶体管具有由栅极多晶硅与栅极氧化层所构成且用以接收控制指令的控制电极、耦接于该光敏二极管的第一电极，以及第二电极。其中该晶体管具有感应通道，该感应通道部分围绕着由该转移晶体管的该栅极多晶硅与该栅极氧化层所填入的凹陷空间。附图说明图I为现有背面照明图像传感器的像素结构的部分剖面 图2为依据本专利技术的一实施例实现的背面照明图像传感器的像素结构的部分剖面图；图3为依据本专利技术的另一实施例实现的背面照明图像传感器的像素结构的部分剖面图；图4为依据本专利技术的另一实施例实现的背面照明图像传感器的像素结构的部分剖面图。具体实施例方式本专利技术的一实施例的概念在于结合图I所示的光敏二极管100的N型掺杂层NL以及N型掺杂连接通道300。如图I所示，N型掺杂连接通道300亦用来作为转移晶体管200的漏极电极(drain electrode),用以连接光敏二极管100的N型掺杂层NL。当转移晶体管200被启动时，传导通道会相对应地水平形成于该栅极电极的栅极氧化层(在图中表示为G0)之下。由于光敏二极管100的N型掺杂层NL以及N型掺杂连接通道300具有相同的掺杂类型(doping type),两者可被结合在一起并持续发挥各自的功能。基于上述的观察结果，后续的说明书将提出多个关于背面照明图像传感器的范例与结构相关的细节。参照图2，其为依据本专利技术的一实施例实现的背面照明图像传感器的像素结构的部分剖面图。相较于图I所示的现有像素结构，图2中所示的隔绝结构400在制造过程中会被挖掘出凹陷空间，而转移晶体管200A栅极电极的栅极多晶硅(在图中表示为PO)以与栅极氧化层(在图中表示为G0)则会被填入隔绝结构400上的该凹陷空间。是故当转移晶体管200A被启动时，光敏二极管100的N型掺杂层NL会如同转移晶体管200A的一电极(例如漏极电极)一般运作，而感应通道形成于转移晶体管200A之中，且该感应通道部分围绕着转移晶体管200A的该栅极。由于该感应通道的结构，从光敏二极管100所发出的该电子信号于是便以几乎以垂直的方式来传递，而不是水平地传递。相较于图I所示的传统背面照明像素结构，本专利技术提出的转移晶体管200A所占用的面积便可因此而大幅减少。在本专利技术的另一实施例之中，像素结构的基板可挖掘来形成凹陷空间。参照图3，其为依据本专利技术的另一实施例实现的背面照明图像传感器的像素结构的部分剖面图。相较于图2所示的像素结构，图3中的隔绝结构400以及基板202在制造过程中均经过挖掘以形成该凹陷空间，其中该凹陷空间接着由转移晶体管200B的栅极多晶硅与栅极氧化层所填入。在此实施例中，光敏二极管100的N型掺杂层NL亦会如同转移晶体管200B的电极一般来运作，而由于该凹陷空间形成于隔绝结构400以及基板202之中，转移晶体管200B中所形成的感应通道会几乎呈现垂直的状态。因此，转移晶体管200B所占用的面积亦可大幅减少以达到精简化的目的。请注意，在图2、图3中的范例仅用说明本专利技术的精神，而非用来限定本专利技术的范围。举例来说，本专利技术的概念可以应用在P型基板上一如应用在N型基板上，也就是说，本专利技术中的晶体管或是光敏二极管的传导类型可为P型或是N型。此外，该凹陷空间亦不限定于成形在隔绝结构之上，该凹陷空间亦可单独成形于基板上。参照图4来了解本专利技术的概念，图4为依据本专利技术的另一实施例实现的背面照明图像传感器的像素结构的部分剖面图。在此实施例中，转移晶体管200C与重置晶体管500C的栅极氧化层均放置在基板中的凹陷空间内，而N型连接通道300C则将光敏二极管100与转移晶体管200C连接在一起。当转移晶体管200C (或是重置晶体管500C)被启动时，一个U型的感应通道便会形成于其栅极氧化层之下，而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种背面照明图像传感器，包含有：至少一像素区域，包含有：光敏二极管；以及转移晶体管，具有由栅极多晶硅与栅极氧化层所构成且用以接收控制指令的控制电极、耦接于所述光敏二极管的第一电极，以及第二电极；其中所述转移晶体管具有感应通道，所述感应通道部分围绕着由所述转移晶体管的所述栅极多晶硅与所述栅极氧化层所填入的凹陷空间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：熊志伟，黄芳铭，张中玮，
申请(专利权)人：英属开曼群岛商恒景科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：