[發(fā)明專利]圖像傳感器及其形成方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811318981.9
• 申請(qǐng)日: 2018-11-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109449173A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳明;吳孝哲;林宗賢;吳龍江;熊建鋒;趙培培
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 德淮半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號(hào): H01L27/146
• 分類號(hào): H01L27/146
• 代理公司: 上海立群專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31291
• 代理人: 楊楷;毛立群

本發(fā)明提供了一種圖像傳感器及其形成方法，具體地，形成方法包括以下步驟：提供器件層襯底，器件層襯底包括相背設(shè)置的第一面和第二面；形成二極管結(jié)構(gòu)，二極管結(jié)構(gòu)起始于器件層襯底的第一面，并向器件層襯底的第二面延伸，二極管結(jié)構(gòu)包括沿水平方向鄰接設(shè)置的第一摻雜區(qū)域和具有與第一摻雜區(qū)域相反摻雜類型的第二摻雜區(qū)域；形成覆蓋于器件層襯底的第一面的轉(zhuǎn)向連接件，轉(zhuǎn)向連接件沿水平方向具有第一側(cè)和第二側(cè)，其中，第一側(cè)與第一摻雜區(qū)域電連接，第二側(cè)抵接于二極管結(jié)構(gòu)之外；翻轉(zhuǎn)器件層襯底；形成沿垂直方向延伸并與第二側(cè)電連接的連接插塞；形成包括三個(gè)以上沿垂直方向堆疊的光電二極管的像素單元，其中一個(gè)光電二極管與連接插塞電連接。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域，更詳細(xì)地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種圖像傳感器及形成方法。

背景技術(shù)

在圖像傳感器中，當(dāng)光線投射入感光元件后，部分光子會(huì)被半導(dǎo)體材料反射，剩余光子被所述感光元件中的感光層吸收并激發(fā)電子-空穴對(duì)，產(chǎn)生光生載流子，從而完成光電轉(zhuǎn)換的過(guò)程。不同顏色光的波長(zhǎng)不同，其光子被感光層吸收的幾率不同，吸收深度也就不同：藍(lán)光波長(zhǎng)較短，藍(lán)光光子被感光層吸收的幾率較高，入射深度較淺；紅光波長(zhǎng)較長(zhǎng)，紅光光子被感光層吸收的幾率較低，入射深度較深。

利用不同波長(zhǎng)光的吸收深度不同，光生載流子產(chǎn)生的位置不同，對(duì)相應(yīng)光生載流子進(jìn)行信號(hào)采集，從而可以省去濾色鏡的結(jié)構(gòu)，達(dá)到減少工藝步驟、簡(jiǎn)化器件結(jié)構(gòu)的目的。

然而，上述具有疊層結(jié)構(gòu)的光檢測(cè)器在一幀信號(hào)輸出后，容易存在部分電荷殘留，造成圖像拖尾(Image Lag)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種圖像傳感器及其形成方法，通過(guò)將光電二極管布線與二極管結(jié)構(gòu)連接，通過(guò)外部電路控制二極管結(jié)構(gòu)將光電二極管內(nèi)的光生載流子及時(shí)導(dǎo)出，解決圖像拖尾問(wèn)題。

其中，該圖像傳感器的形成方法包括以下步驟：提供器件層襯底，器件層襯底包括相背設(shè)置的第一面和第二面；形成二極管結(jié)構(gòu)，二極管結(jié)構(gòu)起始于器件層襯底的第一面，并向器件層襯底的第二面延伸，二極管結(jié)構(gòu)包括沿水平方向鄰接設(shè)置的第一摻雜區(qū)域和具有與第一摻雜區(qū)域相反摻雜類型的第二摻雜區(qū)域；形成覆蓋于器件層襯底的第一面的轉(zhuǎn)向連接件，轉(zhuǎn)向連接件沿水平方向具有第一側(cè)和第二側(cè)，其中，第一側(cè)與第一摻雜區(qū)域電連接，第二側(cè)抵接于二極管結(jié)構(gòu)之外；翻轉(zhuǎn)器件層襯底；形成沿垂直方向延伸并與第二側(cè)電連接的連接插塞；形成包括三個(gè)以上沿垂直方向堆疊的光電二極管的像素單元，其中一個(gè)光電二極管與連接插塞電連接。

相應(yīng)地，該圖像傳感器包括器件層襯底，包括相背設(shè)置的第一面和第二面；二極管結(jié)構(gòu)，起始于器件層襯底的第一面，并向器件層襯底的第二面延伸，二極管結(jié)構(gòu)包括沿水平方向鄰接設(shè)置的第一摻雜區(qū)域和具有與第一摻雜區(qū)域相反摻雜類型的第二摻雜區(qū)域；轉(zhuǎn)向連接件，覆蓋于器件層襯底的第一面，轉(zhuǎn)向連接件沿水平方向具有第一側(cè)和第二側(cè)，其中，第一側(cè)與第一摻雜區(qū)域電連接，第二側(cè)抵接于二極管結(jié)構(gòu)之外；連接插塞，沿垂直方向延伸并與第二側(cè)電連接；像素單元，包括三個(gè)以上沿垂直方向堆疊的光電二極管，其中一個(gè)光電二極管與連接插塞電連接。

通過(guò)將光電二極管布線與增設(shè)的二極管結(jié)構(gòu)連接，可控制將像素區(qū)域內(nèi)的電子導(dǎo)出，防止其殘留在光電二極管內(nèi)而造成圖像拖尾現(xiàn)象。此外，光電二極管的形成方法采用堆疊并順序制作連接插塞的方法形成，由于逐層堆疊，其制備過(guò)程中的刻蝕步驟可以直接刻蝕至兩相界面處，利用刻蝕步驟對(duì)不同材料或晶型的選擇性，選擇合適的刻蝕停止位置，而無(wú)需根據(jù)刻蝕深度計(jì)算刻蝕時(shí)間，制備過(guò)程重復(fù)性和可靠性較好。再者，轉(zhuǎn)向連接件能夠合理地適配于該需要翻轉(zhuǎn)晶圓的形成過(guò)程，避免直接在二極管結(jié)構(gòu)位置進(jìn)行刻蝕，而造成對(duì)二極管結(jié)構(gòu)的性能影響。

在本發(fā)明的較優(yōu)技術(shù)方案中，轉(zhuǎn)向連接件采用摻雜的半導(dǎo)體材料制得。

在本發(fā)明的較優(yōu)技術(shù)方案中，形成沿垂直方向延伸并與第二側(cè)電連接的連接插塞的步驟包括：刻蝕器件層襯底，直至露出轉(zhuǎn)向連接件的第二側(cè)，形成沿垂直方向貫穿器件層襯底的溝槽；在溝槽內(nèi)形成連接插塞。