[發明專利]用于制造3D圖像傳感器結構的系統和方法

有效

• 申請號: 201310042268.7
• 申請日: 2013-02-01
• 公開（公告）號: CN103579264A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 高敏峰;楊敦年;劉人誠;莊俊杰
• 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

本發明涉及半導體技術領域，更具體地，涉及制造3D圖像傳感器結構的系統和方法。

背景技術

半導體圖像傳感器用于感測例如光的輻射。互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器(CIS)及電荷耦合器件(CCD)傳感器廣泛用在諸如數位照相機或手機相機的各種應用中。這些器件利用位于襯底中的像素傳感器陣列，像素傳感器陣列可包括光電二極管和晶體管，以及可吸收向襯底投射的輻射，并可將感測到的輻射轉化成電信號。

諸如互補金屬氧化物半導體(CMOS)的光電二極管通常用在照相機和其它視頻或照相器件中感測圖像。近來，通過使用背測照明(BSI)來改進光電二極管器件。BSI圖像傳感器件是一種使用具有光敏區的光電二極管(將所接收到的電磁能(例如光)轉換成電荷)的圖像傳感器件。一般來說，光刻工藝將諸如柵極氧化物、金屬互連件以及類似物的結構沉積在硅晶圓的頂面上或其它襯底上。早期的光電二極管是從頂面，即從器件結構所在的同一面，采集光。沉積在光電二極管襯底的頂面上的金屬互連件可能會阻擋光電二極管的部分光敏區，從而降低圖片質量及單個的光電二極管的敏感性。

可操作這些BSI圖像傳感器件以探測投射在其背側的光。BSI圖像傳感器件具有相對薄的(例如，幾微米厚)并可在其中形成感光像素的硅襯底。理想地，減少襯底的厚度以便光可進入器件的背面并照射光電二極管的光敏區，以消除在成像期間來自沉積結構及金屬互連件的阻礙及干擾。BSI采集來自光電二極管襯底的背面的光，并且諸如金屬互連件、柵極氧化物或類似物的干擾結構沉積在襯底的頂面，然后將襯底磨薄或用其它方法減薄以讓光通過襯底并作用在光電二極管的光敏區。BSI圖像傳感器件的量子效率及最大阱容量可根據輻射感測區的尺寸而定。因而，降低源自覆蓋的金屬接觸件的干擾量的能力，通過讓更多的入射光照射圖像傳感器的光敏部分而不被覆蓋的結構所阻礙，提高了圖像傳感器的量子效率。另外，對每個圖像傳感器來說，較大的光敏區及相關聯的阱允許采集到較大量的光信息。因此，填充因子越大，或光電二極管面積與總管芯面積的比率越大，對于給定管芯尺寸允許收集的圖像效率越大。

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，提供了一種用于制造圖像傳感器件的方法，包括：

在襯底上提供圖像傳感器，所述圖像傳感器至少包括設置在所述襯底的第一側上的光敏區；

在所述襯底的第一側施加第一介電層；

在所述第一介電層上施加半導體層；

在所述半導體層的上方形成至少一個晶體管；

在所述至少一個晶體管及所述半導體層的上方施加金屬間介電層；以及

至少在所述金屬間介電層中制造至少一個金屬互連件。

在可選實施例中，所述圖像傳感器還包括在所述圖像傳感器中至少將所述光敏區與浮置擴散區橋接的轉移柵極。

在可選實施例中，所述方法還包括在所述半導體層中限定源極區和漏極區。

在可選實施例中，通過將晶圓接合到所述襯底的第一側來施加至少所述第一介電層。

在可選實施例中，所述晶圓包括電介質以及半導體材料，并且施加所述第一介電層以及施加所述半導體層包括將所述晶圓接合到所述襯底的第一側。

在可選實施例中，通過將電介質沉積到所述襯底的第一側來施加至少所述第一介電層。

在可選實施例中，在所述第一介電層以及所述至少一個晶體管的上方施加第二介電層，以及所述金屬間介電層被施加在所述第二介電層的上方。

在可選實施例中，所述至少一個金屬互連件將所述圖像傳感器和所述至少一個晶體管相連。

根據本發明的另一方面，還提供了一種用于制造圖像傳感器件的方法，包括：

在襯底上提供圖像傳感器，所述圖像傳感器至少包括設置在所述襯底的第一側上的光敏區；

在所述襯底的第一側施加第一介電層；

在所述第一介電層的至少一部分上施加半導體層；

將所述半導體層形成在一個或多個分離的器件區中；

在所述半導體層上制造至少一個控制晶體管；以及

在所述至少一個控制晶體管的上方形成金屬互連件，其中所述金屬互連件將所述圖像傳感器和所述至少一個控制晶體管電連接。

在可選實施例中，所述金屬互連件位于所述至少一個控制晶體管上方設置的介電層中。

在可選實施例中，所述圖像傳感器還包括至少將所述光敏區與浮置擴散區橋接的轉移柵極，其中，在所述轉移柵極的上方施加所述第一介電層。