半导体结构、影像感测器和半导体结构的形成方法技术

一种半导体结构、影像感测器和半导体结构的形成方法，半导体结构包括光电二极管，其中光电二极管包括具有第一导电类型掺杂的基板半导体层、与基板半导体层形成p

【技术实现步骤摘要】
半导体结构、影像感测器和半导体结构的形成方法


[0001]本公开涉及包括光侦测器的半导体结构和其制造方法。

技术介绍

[0002]半导体影像感测器用于感测电磁辐射，例如可见范围光、红外线辐射和/或紫外光。互补式金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)影像感测器(CMOS image sensor，CIS)和电荷耦合装置(charge-coupled device，CCD)感测器用在各种应用中，例如数字相机或安装在移动装置中的相机。这些装置使用像素阵列(可包括光电二极管和晶体管)并使用电子电洞对的光发电以侦测辐射。

技术实现思路

[0003]根据本公开的一些实施例，提供一种包括光电二极管的半导体结构，其中光电二极管包括具有第一导电类型掺杂的基板半导体层、与基板半导体层形成p-n接面的第二导电类型光电二极管层、与第二导电类型光电二极管层侧向分隔的浮动扩散区域，以及传送栅极电极。传送栅极电极包括形成在基板半导体层中的传送栅极电极下部，且传送栅极电极下部位于第二导电类型光电二极管层和浮动扩散区域之间。
[0004]根据本公开的一些实施例，提供一种影像感测器，包括多个像素位于具有第一导电类型掺杂的基板半导体层中。各像素包括光电二极管电路，光电二极管电路包括光电二极管和感测电路。光电二极管包括与基板半导体层形成p-n接面的第二导电类型光电二极管层、与第二导电类型光电二极管层侧向分隔的浮动扩散区域、传送栅极电极，其中浮动扩散区域位于基板半导体层的前侧水平表面上。传送栅极电极包括形成在基板半导体层中的传送栅极电极下部，且传送栅极电极下部位于第二导电类型光电二极管层和浮动扩散区域之间。各像素包括个别光学组件位于基板半导体层上并配置为引导入射光到光电二极管的个别p-n接面。
[0005]根据本公开的一些实施例，提供一种形成半导体结构的方法，包括提供含有基板半导体层的半导体基板、形成第二导电类型光电二极管层在基板半导体层中、形成包括传送栅极电极下部的传送栅极电极，以及形成浮动扩散区域在邻近传送栅极电极的部分基板半导体层中。基板半导体层包括第一导电类型掺杂。第二导电类型光电二极管层和基板半导体层形成p-n接面。传送栅极电极下部形成在邻近p-n接面的基板半导体层中。传送栅极电极位于第二导电类型光电二极管层和浮动扩散区域之间。
附图说明
[0006]当结合附图阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本公开的各方面。应注意，根据工业中的标准方法，各种特征未按比例绘制。实际上，为了清楚地讨论，可任意增加或减少各种特征的尺寸。
[0007]图1A是根据本公开的实施例，影像感测器像素阵列的第一配置俯视图；
[0008]图1B是根据本公开的另一实施例，影像感测器像素阵列的第二配置俯视图；
[0009]图2A是根据本公开的第一实施例，在基板半导体层中形成沟槽之后的制程步骤中，形成子像素的第一示范结构的垂直截面图；
[0010]图2B是图2A的第一示范结构俯视图。转折的垂直平面A-A
′-
A
″
是图2A的垂直截面图平面，连接图2A的垂直轴A、A
′
和A
″
；
[0011]图3A是根据本公开的第一实施例，在形成栅极介电质和栅极电极之后的制程步骤中，第一示范结构的垂直截面图；
[0012]图3B是图3A的第一示范结构俯视图。转折的垂直平面A-A
′-
A
″
是图3A的垂直截面图平面，连接图3A的垂直轴A、A
′
和A
″
；
[0013]图4A是根据本公开的第一实施例，在形成场效晶体管之后的制程步骤中，第一示范结构的垂直截面图；
[0014]图4B是图4A的第一示范结构俯视图。转折的垂直平面A-A
′-
A
″
是图4A的垂直截面图平面，连接图4A的垂直轴A、A
′
和A
″
；
[0015]图4C是图4A和图4B的第一示范结构，沿着图4B垂直平面C-C
′
的垂直截面图；
[0016]图5是根据本公开的第二实施例，在图4A至图4C的制程步骤中，第二示范结构的垂直截面图；
[0017]图6A是根据本公开的第三实施例，在形成场效晶体管之后，第三示范结构的第一配置俯视图；
[0018]图6B是根据本公开的第三实施例，在形成场效晶体管之后，第三示范结构的第二配置俯视图；
[0019]图7A是根据本公开的第四实施例，在形成场效晶体管之后，第四示范结构的第一配置俯视图；
[0020]图7B是根据本公开的第四实施例，在形成场效晶体管之后，第四示范结构的第二配置俯视图；
[0021]图8A是根据本公开的第五实施例，在形成场效晶体管之后，第五示范结构的第一配置垂直截面图；
[0022]图8B是根据本公开的第五实施例，在形成场效晶体管之后，第五示范结构的第二配置垂直截面图；
[0023]图9是根据本公开的第六实施例，在形成场效晶体管之后，第六示范结构的垂直截面图；
[0024]图10是根据本公开的第七实施例，在形成场效晶体管之后，第七示范结构的垂直截面图；
[0025]图11是根据本公开的实施例，在内连接介电层中形成金属内连接结构并连接承载基板(carrier substrate)之后，示范结构的垂直截面图；
[0026]图12是根据本公开的实施例，在薄化半导体基板之后，示范结构的垂直截面图；
[0027]图13是根据本公开的实施例，在形成深沟槽隔离结构之后，示范结构的垂直截面图；
[0028]图14是根据本公开的实施例，在形成抗反射涂层(antireflective coating，ARC)、光折射层、介电网格材料层、金属反射材料层和图案化光阻层之后，示范结构的垂直
截面图；
[0029]图15A是根据本公开的实施例，在形成复合网格结构之后，示范结构的垂直截面图；
[0030]图15B是图15A的示范结构俯视图。转折的垂直平面A-A
′
对应于图15A的垂直截面图的平面；
[0031]图16是根据本公开的实施例，在形成光学透明层、滤片和透镜之后，示范结构的垂直截面图；
[0032]图17是根据本公开的实施例，在移除承载基板之后，示范结构的垂直截面图；
[0033]图18是根据本公开的实施例，光侦测器电路的电路示意图；
[0034]图19是根据本公开的实施例，绘示形成包括光侦测器的半导体结构的示范制程顺序的制程流程图。
[0035]【符号说明】
[0036]495:第一示范结构
[0037]500:半导体基板
[0038]510:薄化半导体基板
[0039]595:第二示范结构
[0040]60本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构，其特征在于，包括一光电二极管，其中该光电二极管包括：一基板半导体层，具有一第一导电类型掺杂；一第二导电类型光电二极管层，与该基板半导体层形成一p-n接面；一浮动扩散区域，与该第二导电类型光电二极管层侧向分隔；及一传送栅极电极，包括一传送栅极电极下部形成在该基板半导体层中，且该传送栅极电极下部位于该第二导电类型光电二极管层和该浮动扩散区域之间。2.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于：该光电二极管包括位于该基板半导体层中的一沟槽，该沟槽从该基板半导体层的一前侧水平表面垂直延伸向该基板半导体层的一背侧水平表面；及该传送栅极电极下部位于该沟槽中。3.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该传送栅极电极包括一传送栅极电极上部位于该基板半导体层上，且该传送栅极电极上部具有一侧向延伸大于该传送栅极电极下部。4.根据权利要求3所述的半导体结构，其特征在于，在沿着垂直于该基板半导体层的一前侧水平表面方向的俯视图中，该传送栅极电极上部的一边缘区域和该浮动扩散区域的一边缘区域具有局部重叠。5.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该传送栅极电极下部具有一垂直截面图，在与该基板半导体层的一前侧水平顶表面有垂直距离的位置，该传送栅极电极下部的宽度逐阶变小至少一次。6.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，进一步包括一掺杂井结构，该掺杂井结构包括该第一导电类型掺杂的一原子浓度，该原子浓度大于该基板半导体层的原子浓度，且该掺杂井结构侧向围绕非毗邻该浮动扩散区域的该传送栅极电极下部。7.一种影像感测器，其特征在于，包括多个像素位于具有第一导电类型掺杂的一基板半导体层中，其中各该像素包括一光电二极管电路，该光电二极管电路包括一光电二极管和一感...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢丰键，郑允玮，胡维礼，李国政，陈信吉，
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：