[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。

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。图像传感器可大致分为电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)。

CMOS图像传感器包括：将接收的光信号转换成电信号的光电二极管区域；以及处理电信号的晶体管区域，其中光电二极管区域和晶体管区域水平地布置。

在这种水平图像传感器中，光电二极管区域和晶体管区域水平地布置在半导体衬底上。因此，就通常被称作填充因子的在有限面积中扩大光学感测区域而言，水平图像传感器具有局限性。

作为克服这一局限性的替代方案，进行了以下的尝试：使用不定形硅(Si)来形成光电二极管，或者使用诸如晶片对晶片接合的方法来形成硅(Si)衬底中的电路系统，以及在电路系统上和/或之上形成光电二极管(被称为三维(3D)图像传感器)。光电二极管通过金属互连部与电路系统相连。

然而，晶片之间的接合强度可能由于晶片不平坦的接合表面而降低。也就是说，由于光电二极管和电路系统之间的金属互连部暴露在层间电介质的表面上，层间电介质可能具有不平坦的表面轮廓。这导致与在层间电介质上形成的光电二极管的结合强度降低。

发明内容

实施例提供了一种图像传感器及其制造方法，该图像传感器采用了读出电路和光电二极管的垂直集成方案，提高了光电二极管的填充因子。

在一个实施例中，一种图像传感器包括：半导体衬底，包括读出电路、连接到读出电路的互连部以及在半导体衬底之上的层间电介质；在层间电介质之上的图像感测单元，该图像感测单元包括叠置于其中的第一掺杂层和第二掺杂层；通过图像感测单元暴露互连部的第一过孔；在第一过孔中的第四金属接触，用以电连接互连部和第一掺杂层；以及在第四金属接触之上的第五金属接触，第五金属接触与第四金属接触电绝缘并且电连接到第二掺杂层。

在另一实施例中，一种用于制造图像传感器的方法包括：在包括读出电路的半导体衬底之上形成连接到读出电路的互连部和层间电介质；形成包括叠置在层间电介质之上的第一掺杂层和第二掺杂层的图像感测单元；形成穿过图像感测单元以暴露互连部的第一过孔；在第一过孔的侧壁形成第一阻挡图案以覆盖第二掺杂层并且部分地暴露第一掺杂层；在第一过孔中形成第四金属接触以电连接互连部和第一掺杂层；在第一过孔中的第四金属接触之上形成第二阻挡图案；以及在第二阻挡图案之上形成第五金属接触且第五金属接触电连接到第二掺杂层。

在附图和以下的描述中阐明一个或更多个实施例的细节。通过说明书和附图以及权利要求，其它特征也将变得清楚。

附图说明

图1是根据一种实施例的图像传感器的横截面图。

图2是示出用于解释根据一种实施例的晶体管操作的电压电势的示图。

图3是根据另一实施例的图像传感器的横截面图。

图4-12是示出根据一种实施例的制造图像传感器的工艺的横截面图。

图13是示出图12的图像传感器的平面图。

具体实施方式

在对实施例的描述中，应理解，当提及某一层在另一层或衬底“上”时，其可以直接地在另一层或衬底“上”，或者也可以出现中间层。此外，应理解，当提及某一层在另一层“下”时，其可以直接地在另一层下或者也可以出现一个或更多个中间层。另外，还应理解，当提及某一层在两层之间时，其可以是在这两层之间的唯一层，或者也可以出现一个或更多个中间层。

此后，将参考附图来描述图像传感器以及制造方法。

该实施例不限于CMOS图像传感器，而是可以应用于需要光电二极管的任意图像传感器(例如，CCD图像传感器)。

图12是图示根据一种实施例的图像传感器的简化横截面图。图1和3是根据本发明某些实施例的具有读出电路和互连部的衬底的更详细的示图。

根据一种实施例的图像传感器包括：半导体衬底100，其包括读出电路120、电连接到读出电路120的互连部150以及在半导体衬底100之上的层间电介质160；在层间电介质160之上的图像感测单元200，该图像感测单元200包括叠置于其中的第一掺杂层210和第二掺杂层220；通过图像感测单元200暴露互连部150的第一过孔240；在第一过孔中的第四金属接触275，用以电连接互连部150和第一掺杂层210；以及在第四金属接触275之上的第五金属接触300，第五金属接触300与第四金属接触275电绝缘并且电连接到第二掺杂层220。