图像传感器及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种图像传感器及其制造方法。该传感器包括位于第一衬底上的读出电路，位于第一衬底中的电学结区，电学结区与读出电路电连接，以及位于第一衬底上的互连件。可以形成用于与电学结区相连的互连件。可以在互连件上形成图像传感器件。根据本发明专利技术的图像传感器可以抑制电荷共享现象的发生以及提高填充系数，并且可以将暗电流源最小化以及通过在光电二极管和读出电路之间为光电荷提供快速移动通道从而抑制饱和度的降低和灵敏度的降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
图像传感器是用于将光学图像转换成电信号的半导体器件。可以将该图像传感器粗略地分为电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半 导体(CMOS)图像传感器(CIS)。在现有技术中，在具有晶体管电路的衬底中通过离子注入形成光电二极 管。为了在不增大芯片尺寸的条件下增加像素的数量，需要不断减小二极管 的尺寸。因为光电二极管的尺寸不断减小，所以光接收部分的面积也不断减 小，使得图像质量降低。此外，由于叠层高度不能像光接收部分的面积减小的那样多，因此入射 至光接收部分的光子数量也由于光的衍射而减少，这种现象被称为艾里斑 (airy disk)。作为克服这种限制的可选方案，尝试采用非晶硅(Si)形成光电二极管， 或者在Si衬底中形成读出电路并且在读出电路上采用如晶片-晶片键合的方 法形成光电二极管(称为"三维(3D)图像传感器")。光电二极管通过互 连件与读出电路相连。同时，根据现有技术，由于读出电路的迁移(transfer)晶体管的源极和漏 极被N型杂质重度掺杂，因此会发生电荷共享现象。当电荷共享现象发生时， 输出图像的灵敏度降低并且会产生图像错误。此外，根据现有技术，由于光电荷不能在光电二极管和读出电路之间自 由移动，因此会产生暗电流，或降低饱和度和灵敏度。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种，该图像传感器可以抑制电荷共享现象的发生并且提高填充系数。实施例还提供一种，该图像传感器可以将暗电 流源最小化并且通过在光电二极管和读出电路之间为光电荷提供快速移动 通道，从而抑制饱和度的降低和灵敏度的降低。在一个实施例中，图像传感器可以包括位于第一衬底上的读出电路； 位于该第一衬底中的电学结区，将该电学结区电连接至该读出电路；位于该 电学结区上的互连件；以及位于该互连件上的图像传感器件。在另一个实施例中，图像传感器可以包括读出电路，该读出电路包括 位于第一衬底上的第一晶体管和第二晶体管；位于该第一衬底中且位于该第 一晶体管和该第二晶体管之间的电学结区，将该电学结区与该读出电路电连 接；互连件，该互连件通过该第二晶体管电连接至该电学结区；以及位于该 互连件上的图像传感器件。下文将结合附图和说明书详细描述一个或多个实施例。显然从说明书和 附图，以及从权利要求可以得到其他技术特征。附图说明图1为根据一个实施例的图像传感器的剖面图。图2至图7为根据一个实施例的图像传感器的制造方法的剖面图。图8为根据另一个实施例的图像传感器的剖面图。图9为根据又一个实施例的图像传感器的剖面图。具体实施例方式在下文中，将结合随附附图对图像传感器的实施例进行详细描述。 在对实施例的描述中，当提到层(或膜)位于另一层或衬底"上"时， 可以理解为该层(或膜)直接位于另一层或衬底上，或者其中也可以出现中 间层。进一步而言，当提及某一层位于另一层"下"时，可以理解为该层可 以直接位于另一层下，或者其间也可以插入一层或多层中间层。此外，当提 及某一层位于某两层"之间"时，也可以理解为只有该层位于这两层之间， 或者其间也可有一层或多层中间层。本专利技术公开的内容并不限于互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，而是可以应用于任何需要光电二极管的图像传感器。 图1为根据一个实施例的图像传感器的剖面图。在一个实施例中，图像传感器可以包括位于第一衬底100上形成的读出电路120;位于该第一衬底中的电学结区140，将该电学结区140与该读出电路120电连接；位于该电学结区140上的互连件150;以及位于该互连件150上的图像传感器件210。图像传感器件210可以是光电二极管，但不限于光电二极管。例如，在 某个实施例中，图像传感器件210可以是光栅极(photogate)或者是光电二 极管与光栅极的组合。同时，尽管将光电二极管210描述为在结晶半导体层中形成，但是光电 二极管并不限于在结晶半导体层中形成。例如，光电二极管210可以在非结 晶半导体层中形成。图1中未作说明的附图标记将在随后的制造方法中加以描述。在下文中，将结合图2至图7对根据实施例的图像传感器的制造方法进 行详细描述。制备第一衬底100，在第一衬底100中形成有互连件150和读出电路120。 例如，可以在第二导电类型的第一衬底100中形成器件隔离层110，以限定 有源区。可以在有源区中形成包括晶体管的读出电路120。在一个实施例中， 读出电路120可以包括迁移晶体管Tx121、复位晶体管Rx123、驱动晶体管 Dx 125以及选择晶体管Sx 127。在形成用于晶体管的栅极后，可以形成浮置 扩散区FD 131和离子注入区130，该离子注入区130包括各个晶体管的源极 区/漏极区133、 135以及137。此外，根据实施例，可以增加除噪电路(未 示出)以提高灵敏度。在第一衬底100中形成读出电路120时，可以在第一衬底100中形成电 学结区140并且在该电学结区140上形成第一导电类型连接区147，将连接 区147与互连件150相连接。电学结区140可以是PN结，但不以此为限。例如，电学结区140可以 包括第一导电类型离子注入层143和第二导电类型离子注入层145，在第二 导电类型阱141 (或第二导电类型外延层)上形成该第一导电类型离子注入 层143，以及在该第一导电类型离子注入层143上形成该第二导电类型离子注入层145。例如，该PN结可以是如图2所示的P0(145)/N-(143)/P-(141)结，但不以此为限。第一衬底100可以是第二导电类型衬底，但并不以此为限。 根据实施例，将器件设计成在迁移晶体管Tx的源极和漏极之间具有一电位差，以便光电荷可以完全倾卸(dumped)。因此，由光电二极管产生的光电荷可以完全倾卸至浮置扩散区，以提高输出图像的灵敏度。也就是说，根据实施例，如图2所示，电学结区140和读出电路120都形成在第一衬底100中，并且允许位于迁移晶体管Tx 121侧边的源极和漏极之间产生一电位差，以便光电荷完全倾卸。在下文中，将详细描述根据实施例的光电荷的倾卸结构。 浮置扩散区FD 131的节点为N+结，不同于该浮置扩散区FD 131的节点，PNP结140是电学结区140，并且施加至PNP结140的电压不能完全迁移，而是在其达到预设电压值处被切断(pinched-off)。这种电压被称作钉扎(pinning)电压，该钉扎电压取决于PO区145和N-区143的掺杂浓度。 具体而言，由光电二极管210(参见图l)产生的电子移动至PNP结140，随后当迁移晶体管Tx 121开启时，将电子迁移至浮置扩散区FD 131的节点并转化成电压。由于P0/N-ZP结140的最大电压值变为钉扎电压，并且浮置扩散区FD 131 的节点的最大电压值变为Vdd-Rx 123的阈值电压Vth，因此通过在迁移晶体 管Tx 121的侧边之间提供一电位差，可以在不发生电荷共享现象的条件下将 芯片上部的光电二极管210产生的电子完全倾卸至浮置扩散区FD 131的节 点。也就是说，根据实施例，在第一衬底100中形成P0/N-7P-阱的结，以便 在4-Tr有源像素传感器(APS)的复位操作期间，可以将正电压施加至PO/N-/P 阱的结的N-区143，并且将接地电压施加至P0 145本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器，包括：　读出电路，位于第一衬底上；　电学结区，位于该第一衬底中，该电学结区与该读出电路电连接；　互连件，位于该电学结区上；以及　图像传感器件，位于该互连件上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄俊，
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]