[發明專利]減少圖像傳感器中的串擾的設備和方法

有效

• 申請號: 201310020044.6
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN103378114A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: 林政賢;楊敦年;劉人誠;許慈軒;蔡雙吉;高敏峰
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;孫征

技術領域

本發明涉及半導體領域，更具體地，本發明涉及一種減少圖像傳感器中的串擾的設備和方法。

背景技術

由于技術的發展，互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器由于CMOS圖像傳感器中固有的特定優點而比傳統的帶電耦合器件(CCD)更受歡迎。尤其是CMOS圖像傳感器可以具有高圖像采集率、更低操作電壓、更低功率損耗以及更高抗擾性。另外，可以在與邏輯和存儲器件相同的高容量晶圓生產線上制造該CMOS圖像傳感器。因此，CMOS圖像芯片可以包括圖像傳感器以及所有必要的邏輯器件，諸如放大器、A/D轉換器等。

CMOS圖像傳感器是像素化的金屬氧化物半導體。CMOS圖像傳感器通常包括光敏圖像元件(像素)陣列，每個元件均可以包括晶體管(開關晶體管和復位晶體管)、電容器以及光敏元件(例如，光電二極管)。CMOS圖像傳感器使用光敏CMOS電路來將光子轉化成電子。光敏CMOS電路通常包括形成在硅襯底中的光電二極管。由于光電二極管暴露在光中，所以電荷被引入到該光電二極管中。當光從主場景射到像素上時，每個像素均可以與射在該像素上的光量成正比地產生電子。另外，電子在像素中被轉換成電壓信號并且進一步通過A/D轉換器轉變成數字信號。多個外圍電路可以接收該數字信號并且對其進行處理，從而顯示出主場景的圖案。

CMOS圖像傳感器可以包括多個附加層，諸如形成在襯底上的介電層和互連金屬層，其中，互連層被用于將光電二極管與外圍電路相連接。CMOS圖像傳感器的具有附加層的那個面通常被稱為正面，而具有襯底的那個面則被稱為背面。根據光路徑的差別，CMOS圖像傳感器可以進一步被分成兩種主要的類別，即，正照式(FSI)圖像傳感器和背照式(BSI)圖像傳感器。

在FSI圖像傳感器中，光從主場景入射到CMOS圖像傳感器的正面上，穿過介電層和互連層，并且最終落到光電二極管上。光路徑中的附加層(例如，不透明和反射的金屬層)可以限制光電二極管所吸收的光量，由此降低了量子效率。與此相反，BSI圖像傳感器中不存在源于附加層(例如，金屬層)的阻礙。光入射到CMOS圖像傳感器的背面上。因此，光可以通過直接路徑射向光電二極管。這種直接路徑有助于增大光子到電子的轉換量。

光電二極管可以與光入射到CMOS圖像傳感器的背面相應地產生電子。然而，即便是在光射到像素的相鄰像素上時像素也會產生電子。這種干擾通常被稱為串擾。串擾可能降低圖像傳感器的量子效率。

發明內容

為了解決現有技術中所存在的問題，根據本發明的一個方面，提供了一種方法，包括：提供具有正面和背面的晶圓；在所述晶圓的正面中形成隔離區域，其中，所述隔離區域包圍光電有源區域；從所述晶圓的背面開始在所述隔離區域中形成開口；以及利用氣隙介電層覆蓋所述開口的上端，以形成嵌在所述晶圓的所述隔離區域中的氣隙。

在所述方法中，進一步包括：在所述晶圓中生長外延層，其中，所述光電有源區域嵌在所述外延層中；在所述晶圓的正面上方形成介電層；以及在所述介電層上方形成金屬互連層。

在所述方法中，所述光電有源區域包括：n型光電有源區域；以及p型光電有源區域。

在所述方法中，進一步包括：在所述開口的底部和側壁上沉積負電荷層；以及以不一致的方式在所述負電荷層上沉積氣隙覆蓋層，使得所述氣隙形成在所述隔離區域內。

在所述方法中，所述負電荷層沿著所述氣隙的側壁引起高負電荷濃度。

在所述方法中，進一步包括：在所述氣隙覆蓋層上方沉積金屬柵格固定層；以及形成嵌在所述金屬柵格固定層中的金屬柵格，其中，所述金屬柵格與所述氣隙垂直對準。

在所述方法中，所述金屬柵格固定層由氧化硅形成。

在所述方法中，進一步包括：在所述金屬柵格固定層上沉積濾色器層；以及在所述濾色器層上形成微透鏡層。

根據本發明的另一方面，提供了一種裝置，包括：襯底，具有第一面和第二面，其中，所述第一面與光電有源區域相鄰；隔離區域，與位于所述襯底的第一面中的所述光電有源區域相鄰地設置；氣隙，嵌在所述隔離區域中，其中，所述氣隙被介電材料封閉，并且所述氣隙與所述襯底的第二面相鄰；以及負電荷層，一致地沿著所述氣隙的側壁。

在所述裝置中，進一步包括：氣隙覆蓋層，形成在所述襯底的第二面上方；金屬柵格固定層，形成在所述氣隙覆蓋層上；濾色器層，形成在所述金屬柵格固定層上；以及微透鏡層，形成在所述濾色器層上。

在所述裝置中，進一步包括：金屬柵格，形成在所述金屬柵格固定層中，其中，所述金屬柵格與所述氣隙垂直對準。