图像传感器及其形成方法技术

一些实施例涉及一种图像传感器。该图像传感器包括半导体衬底，该半导体衬底包括像素区和外围区。背面隔离结构延伸至半导体衬底的背面中并横向包围像素区。该背面隔离结构包括金属芯，并且介电衬垫将金属芯与半导体衬底分离。导电部件设置在半导体衬底的正面上方。贯穿衬底通孔从半导体衬底的背面延伸穿过外围区以与导电部件接触。该贯穿衬底通孔与背面隔离结构横向偏移。导电桥设置在半导体衬底的背面下方并将背面隔离结构的金属芯电耦合至贯穿衬底通孔。本申请的实施例提供了图像传感器及其形成方法。及其形成方法。及其形成方法。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其形成方法


[0001]本申请的实施例涉及图像传感器及其形成方法。

技术介绍

[0002]具有图像传感器的集成电路(IC)广泛用于现代电子器件，诸如相机和手机。互补金属氧化物半导体(CMOS)器件已成为流行的IC图像传感器。与电荷耦合器件(CCD)相比，CMOS图像传感器由于功耗低、尺寸小、数据处理速度快、数据直接输出和制造成本低而越来越受到青睐。随着IC尺寸的缩小，CMOS器件中的小像素尺寸是符合期望的。对于较小的像素尺寸，像素之间的串扰可能成为一个问题，而独特的解决方案可提高小尺寸CMOS像素尺寸的性能。

技术实现思路

[0003]一些实施例涉及一种图像传感器。所述图像传感器包括：半导体衬底，包括像素区和外围区。背面隔离结构延伸至所述半导体衬底的背面中并横向包围所述像素区。所述背面隔离结构包括金属芯，并且介电衬垫将所述金属芯与所述半导体衬底分离。导电部件设置在所述半导体衬底的正面上方。贯穿衬底通孔从所述半导体衬底的所述背面延伸穿过所述外围区以与所述导电部件接触。所述贯穿衬底通孔与所述背面隔离结构横向偏移。导电桥设置在所述半导体衬底的所述背面下方并将所述背面隔离结构的所述金属芯电耦合至所述贯穿衬底通孔。
[0004]一种图像传感器包括：半导体衬底，包括与外围区横向偏移的像素区。背面隔离结构延伸至所述半导体衬底的背面中并横向包围所述像素区。贯穿衬底通孔在所述外围区中延伸穿过所述半导体衬底，并通过设置在所述半导体衬底的所述背面下方的导电桥电耦合至所述背面隔离结构。导电部件设置在所述半导体衬底的正面上方并电耦合至所述贯穿衬底通孔。负偏置电路被配置为在不同时间通过所述导电部件跨所述背面隔离结构和所述半导体衬底施加第一偏置状态和第二偏置状态。
[0005]一种形成图像传感器的方法包括：在半导体衬底的正面上形成导电部件。对所述半导体衬底进行图案化，以在像素区中形成背面隔离沟槽和背面连接沟槽，使得所述背面隔离沟槽与所述背面连接沟槽相交。在与所述像素区横向偏移的外围区中对延伸穿过所述半导体衬底的贯穿孔进行图案化。提供导电材料以在所述背面隔离沟槽中形成背面隔离结构，在所述背面连接沟槽中形成背面连接结构，并在所述贯穿孔中形成贯穿衬底通孔以与所述导电部件接触。在所述贯穿衬底通孔的背面表面和所述背面连接结构的背面上方形成导电桥。
[0006]本申请的实施例还涉及CMOS图像传感器的堆叠结构。
附图说明
[0007]当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本专利技术的各方面。应该注意，
根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
[0008]图1示出包括负偏置电路的图像传感器的一些实施例的截面图，该负偏置电路耦合至被配置为对像素阵列区进行负偏置的外围区。
[0009]图2示出图1的图像传感器的一些实施例的俯视图，如图1和图2中的切割线A
‑
A'和B
‑
B'所示。
[0010]图3示出图1的图像传感器的一些实施例的俯视图，如图1和图3中的切割线C
‑
C'和D
‑
D'所示。
[0011]图4A示出包括偏移背面导电迹线的图像传感器的一些实施例的截面图。
[0012]图4B示出包括不规则介电层的图像传感器的一些实施例的截面图。
[0013]图4C示出包括偏移背面导电迹线和不规则介电层的图像传感器的一些实施例的截面图。
[0014]图5示出图4A的图像传感器的一些实施例的俯视图，如图4A和图5的切割线C
‑
C'和D
‑
D'所示。
[0015]图6A示出包括分离层的图像传感器的一些实施例的截面图。
[0016]图6B示出包括分离层和背面分离迹线的图像传感器的一些实施例的截面图。
[0017]图7示出图6A的图像传感器的一些实施例的俯视图，如图6A和图7的切割线C
‑
C'和D
‑
D'所示。
[0018]图8和图9示出图1、图5和图6的图像传感器的可选的实施例的俯视图，其中，图1、图5和图6示出背面导电迹线相对于金属芯的不同的可能偏移。
[0019]图10示出图像传感器的一些实施例的截面图，包括光检测器的详细视图。
[0020]图11至图29示出形成具有负偏置电路的图像传感器的方法的一些实施例的截面图和俯视图，该负偏置电路耦合至被配置为对像素阵列区进行负偏置的外围区。
[0021]图30示出用于形成包括负偏置电路的图像传感器的方法的一些实施例的流程图，该负偏置电路耦合至被配置为对像素阵列区进行负偏置的外围区。
具体实施方式
[0022]以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本专利技术。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本专利技术可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
[0023]而且，为了便于描述，在此可以使用诸如“在
…
之下”、“在
…
下方”、“下部”、“在
…
之上”、“上部”等空间相对术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。器件可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，而本文使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。
[0024]一些图像传感器包括具有光检测器阵列的半导体衬底和布置在半导体衬底内的背面隔离结构。背面隔离结构形成由方形或环形栅格段构成的隔离栅格，这些栅格段的外边缘彼此相邻，以构成隔离栅格。每个栅格段横向包围光检测器阵列中的一个或多个光检测器，并减少一个或多个光检测器与相邻光检测器之间的串扰。因此，背面隔离结构通过防止指向光检测器阵列中的第一光检测器的光子行进到光检测器阵列中的第二光检测器并被其吸收/感测来减少串扰。然而，随着相关联的光检测器和隔离栅格尺寸的减小，光检测器之间的串扰会增加并且光检测器的量子效率会降低。
[0025]一种改善具有减小的隔离栅格尺寸的图像传感器性能的方法是在像素阵列区中对背面隔离结构进行负偏置。在一些实施例中，图像传感器可形成有包括光检测器和背面隔离结构的像素阵列区，以及包括耦合至背面隔离结构的负偏置电路的外围区。因此，图像传感器包括从背面隔离结构横向偏移并且延伸穿过外围区中的半导体衬底的背面的贯穿衬底通孔。导电部件设置在接触贯穿衬底通孔的半导体衬底的正面上方。设置在半导体衬底内的背面连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，包括：半导体衬底，包括像素区和外围区；背面隔离结构，延伸至所述半导体衬底的背面并横向包围所述像素区，所述背面隔离结构包括金属芯以及将所述金属芯与所述半导体衬底分离的介电衬垫；导电部件，设置在所述半导体衬底的正面上方；贯穿衬底通孔，从所述半导体衬底的所述背面延伸穿过所述外围区以与所述导电部件接触，所述贯穿衬底通孔与所述背面隔离结构横向偏移；以及导电桥，设置在所述半导体衬底的所述背面下方并将所述背面隔离结构的所述金属芯电耦合至所述贯穿衬底通孔。2.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：背面连接结构，跨越所述像素区和所述外围区两者延伸并与所述导电桥和所述背面隔离结构的所述金属芯两者直接接触。3.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：背面导电迹线，位于所述背面隔离结构的所述金属芯正下方并与所述背面隔离结构的所述金属芯对准。4.根据权利要求3所述的图像传感器，还包括：分离层，包括设置在所述背面导电迹线与所述背面隔离结构的所述金属芯之间的介电材料。5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述背面导电迹线包括铝或钨。6.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：背面导电迹线，位于所述背面隔离结构的所述金属芯正下方并与所述背面隔离结构的所述金属芯横向偏移。7.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：附加贯穿衬底通孔，从所述半导体衬底的所述背面延伸穿过所...

【专利技术属性】
技术研发人员：高敏峰，杨敦年，刘人诚，郭文昌，陈昇照，洪丰基，李昇展，
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：