[发明专利]图像传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像传感器及其制造方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明的实施例提供一种图像传感器及其制造方法，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。

实施例还提供一种图像传感器及其制造方法，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。

本发明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。