用于制造3D图像传感器结构的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于制造3D图像传感器结构的系统和方法。所述方法包括在衬底上提供具有背照式光敏区的图像传感器，将第一介电层施加到所述衬底的与收集图像数据的衬底侧相对的第一侧，将可选为多晶硅的半导体层施加到所述第一介电层。至少一个控制晶体管可制造在所述半导体层内的第一介电层上，并且可选为行选择、复位或源极跟随器晶体管。将金属间介电层施加在所述第一介电层上方，以及可具有设置在其中的至少一个金属互连件。可将第二层间介电层设置在控制晶体管上。可通过将晶圆接合到所述衬底或通过沉积来施加所述介电层以及半导体层。

【技术实现步骤摘要】
用于制造3D图像传感器结构的系统和方法
本专利技术涉及半导体
，更具体地，涉及制造3D图像传感器结构的系统和方法。
技术介绍
半导体图像传感器用于感测例如光的辐射。互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)及电荷耦合器件(CCD)传感器广泛用在诸如数位照相机或手机相机的各种应用中。这些器件利用位于衬底中的像素传感器阵列，像素传感器阵列可包括光电二极管和晶体管，以及可吸收向衬底投射的辐射，并可将感测到的辐射转化成电信号。诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)的光电二极管通常用在照相机和其它视频或照相器件中感测图像。近来，通过使用背测照明(BSI)来改进光电二极管器件。BSI图像传感器件是一种使用具有光敏区的光电二极管(将所接收到的电磁能(例如光)转换成电荷)的图像传感器件。一般来说，光刻工艺将诸如栅极氧化物、金属互连件以及类似物的结构沉积在硅晶圆的顶面上或其它衬底上。早期的光电二极管是从顶面，即从器件结构所在的同一面，采集光。沉积在光电二极管衬底的顶面上的金属互连件可能会阻挡光电二极管的部分光敏区，从而降低图片质量及单个的光电二极管的敏感性。可操作这些BSI图像传感器件以探测投射在其背侧的光。BSI图像传感器件具有相对薄的(例如，几微米厚)并可在其中形成感光像素的硅衬底。理想地，减少衬底的厚度以便光可进入器件的背面并照射光电二极管的光敏区，以消除在成像期间来自沉积结构及金属互连件的阻碍及干扰。BSI采集来自光电二极管衬底的背面的光，并且诸如金属互连件、栅极氧化物或类似物的干扰结构沉积在衬底的顶面，然后将衬底磨薄或用其它方法减薄以让光通过衬底并作用在光电二极管的光敏区。BSI图像传感器件的量子效率及最大阱容量可根据辐射感测区的尺寸而定。因而，降低源自覆盖的金属接触件的干扰量的能力，通过让更多的入射光照射图像传感器的光敏部分而不被覆盖的结构所阻碍，提高了图像传感器的量子效率。另外，对每个图像传感器来说，较大的光敏区及相关联的阱允许采集到较大量的光信息。因此，填充因子越大，或光电二极管面积与总管芯面积的比率越大，对于给定管芯尺寸允许收集的图像效率越大。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于制造图像传感器件的方法，包括:在衬底上提供图像传感器，所述图像传感器至少包括设置在所述衬底的第一侧上的光敏区；在所述衬底的第一侧施加第一介电层；在所述第一介电层上施加半导体层；在所述半导体层的上方形成至少一个晶体管；在所述至少一个晶体管及所述半导体层的上方施加金属间介电层；以及至少在所述金属间介电层中制造至少一个金属互连件。在可选实施例中，所述图像传感器还包括在所述图像传感器中至少将所述光敏区与浮置扩散区桥接的转移栅极。在可选实施例中，所述方法还包括在所述半导体层中限定源极区和漏极区。在可选实施例中,通过将晶圆接合到所述衬底的第一侧来施加至少所述第一介电层。在可选实施例中，所述晶圆包括电介质以及半导体材料，并且施加所述第一介电层以及施加所述半导体层包括将所述晶圆接合到所述衬底的第一侧。在可选实施例中，通过将电介质沉积到所述衬底的第一侧来施加至少所述第一介电层。在可选实施例中，在所述第一介电层以及所述至少一个晶体管的上方施加第二介电层，以及所述金属间介电层被施加在所述第二介电层的上方。在可选实施例中，所述至少一个金属互连件将所述图像传感器和所述至少一个晶体管相连。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种用于制造图像传感器件的方法，包括:在衬底上提供图像传感器，所述图像传感器至少包括设置在所述衬底的第一侧上的光敏区；在所述衬底的第一侧施加第一介电层；在所述第一介电层的至少一部分上施加半导体层；将所述半导体层形成在一个或多个分离的器件区中；在所述半导体层上制造至少一个控制晶体管；以及在所述至少一个控制晶体管的上方形成金属互连件，其中所述金属互连件将所述图像传感器和所述至少一个控制晶体管电连接。在可选实施例中，所述金属互连件位于所述至少一个控制晶体管上方设置的介电层中。在可选实施例中，所述图像传感器还包括至少将所述光敏区与浮置扩散区桥接的转移栅极，其中，在所述转移栅极的上方施加所述第一介电层。在可选实施例中，施加所述半导体层包括沉积多晶硅层。在可选实施例中，制造至少一个控制晶体管包括为源极跟随器晶体管、复位晶体管以及行选择晶体管中的至少一个限定源极区和漏极区。在可选实施例中，施加所述第一介电层以及施加所述半导体层包括将具有介电层和半导体层的晶圆接合到所述衬底的第一侧并且将所述半导体层减薄到预定的厚度。根据本专利技术的又一方面，还提供了一种半导体图像传感器件，包括:具有图像传感器的衬底，所述图像传感器具有光敏区，所述光敏区设置在所述衬底内和所述衬底的第一侧；设置在所述衬底的第一侧上的第一层间介电层；半导体层，设置在所述第一介电层上并且形成在一个或多个器件区中；至少一个控制晶体管，设置在所述一个或多个器件区上；以及金属间介电层，具有设置在其中并连接到至少一个晶体管的一个或多个互连件的至少一部分。在可选实施例中，所述半导体图像传感器件还包括设置在所述衬底的第一侧上并且至少将所述光敏区与所述图像传感器的另一部分桥接的转移栅极，其中，所述第一层间介电层被施加在所述转移栅极上方。在可选实施例中，所述互连件被配置成在至少一个控制晶体管与另一个控制晶体管、所述图像传感器以及所述转移栅极中的一个之间提供电连接。在可选实施例中，所述控制晶体管包括源极跟随器晶体管、行选择晶体管以及复位晶体管中的至少一个。在可选实施例中，所述半导体图像传感器件还包括第二层间介电层，所述第二层间介电层设置在所述第一层间介电层以及所述至少一个控制晶体管上，并且所述金属间介电层被设置在所述第二层间介电层上。在可选实施例中，所述半导体层是多晶硅。【附图说明】为更完整地理解实施例及其优点，现将结合附图进行的以下描述作为参考，其中:图1示出了根据本专利技术的用于加工图像传感器结构的方法流程图；以及图2-10是根据本专利技术的在加工过程中图像传感器结构的各截面图。【具体实施方式】下面详细讨论本专利技术各实施例的制造和使用。然而，应当理解，本专利技术提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的概念。所讨论的具体实施例仅仅示出了制造和使用本专利技术主旨的具体方式，而不用于限制各实施例的范围。本专利技术旨在提供一种图像传感器结构和器件以及制造方法，所述图像传感器结构以及器件具有增加的最大阱容量及填充因子。具体地，本专利技术提供的一种装置及方法，通过制造覆盖在图像传感器的前侧并且与图像收集面的相对的控制晶体管，提高了诸如光电二极管的图像传感器的密度。将结合具体环境来描述各实施例，即结合用于制造具有更大的最大阱容量及填充因子的光电二极管器件的系统及方法。虽然在此提出的本专利技术为了清楚起见仅描述了对光电二极管的适用，但本技术人员会意识到本专利技术不仅限于单一的图像传感器或光电二极管，也可用于晶圆或芯片级制造，或任何其它的工艺系统。然而，其它的实施例也可适用于其它的器件，包括，但不限于电荷耦合器件、太阳能电池、发光二极管、显示阵列以及类似物。在本专利技术的尤其有用的实施例中，CMOS有源像素传感器可包括四个晶体管单元，也称为4T单元，以及光电探测器(针状光电二极管或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造图像传感器件的方法，包括：在衬底上提供图像传感器，所述图像传感器至少包括设置在所述衬底的第一侧上的光敏区；在所述衬底的第一侧施加第一介电层；在所述第一介电层上施加半导体层；在所述半导体层的上方形成至少一个晶体管；在所述至少一个晶体管及所述半导体层的上方施加金属间介电层；以及至少在所述金属间介电层中制造至少一个金属互连件。

【技术特征摘要】
2012.08.10 US 13/572,4361.一种用于制造图像传感器件的方法，包括: 在衬底上提供图像传感器，所述图像传感器至少包括设置在所述衬底的第一侧上的光敏区； 在所述衬底的第一侧施加第一介电层； 在所述第一介电层上施加半导体层； 在所述半导体层的上方形成至少一个晶体管； 在所述至少一个晶体管及所述半导体层的上方施加金属间介电层；以及 至少在所述金属间介电层中制造至少一个金属互连件。2.根据权利要求1所述的方法，所述图像传感器还包括在所述图像传感器中至少将所述光敏区与浮置扩散区桥接的转移栅极。3.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述半导体层中限定源极区和漏极区。4.一种用于制造图像传感器件的方法，包括: 在衬底上提供图像传感器，所述图像传感器至少包括设置在所述衬底的第一侧上的光敏区； 在所述衬底的第一侧施加第一介电层； 在所述第一介电层的至少一部分上施加半导体层； 将所述半导体层形成在一个或多个分离的器件区中； 在所述半导体层上制造至少一个控制晶体管；以及 在所述至少一个控制晶体管的上方形成金属互连件，其中所述金属互连件将所述图像传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：高敏峰，杨敦年，刘人诚，庄俊杰，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：