图像传感器及其制造方法

专利名称：图像传感器及其制造方法
图像传感器及其制造方法
背景技术：
本发明涉及图像传感器及其制造方法。
图像传感器是将光学图像转换为电信号的半导体器件。图像传感器通
常被分为两类电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物硅 (CMOS)图像传感器(CIS)。
在相关技术的图像传感器中，利用离子注入在M内形成光电二极 管。随着半导体工业向超大，集成^艮，光电二极管的尺寸日益减小 以允许在不增加芯片尺寸的情况下增加芯片内的像素数量。反过来，光电 二极管的光接收部分的面积可能减小，这可能导致较差的图像质量。
此夕卜，因为光电二极管之上的器件层的堆叠高度可能不会与光接收部 分的面积的减小成比例地减小，所以入射到光接收部分的光子的数量还可 能由于光的衍^射而减少，这导致所谓"艾里斑"的现象。
意欲克服该局限性的可选方法包括利用非晶硅(Si)来形成光电二极 管、或者在SiM内(利用如晶片到晶片键合的方法)形成读出电路并 在读出电路上形成光电二极管(被称为"三维(3D)"图像传感器)。光电 二极管通过金属线与读出电路相连接。
根据相关技术,在光电二极管上形成两个或更多个绝缘层以保护光电 二极管的表面。由于保护绝缘层由不同的材料所形成，因此入射在保护绝 缘层上的光可被^Jtt或吸收，这降低了光电二极管的灵敏度。
此外，在根据相关技术的图像传感器中，由于环境因素如温度而产生 泄漏电流，其可以在光电二极管中导致暗电流。
另夕卜，根据相关技术，由于连接到光电二极管的转移晶体管的源极和 漏极重掺杂了 N型杂质，因此可能产生电荷共享(charge sharing )现象。 电荷共享现象的产生可降低输出图像的灵敏度以及产生图像4m。另夕卜， 根据相关技术，由于光电荷可能没有如希望的那样有效率地在光电二极管 和读出电路之间被转移，因此可能产生暗电流、或者可能降低饱和度和灵 敏度。

发明内容
本发明的实施例提供了图像传感器及其制造方法，所述方法可以采用
垂直型光电二极管、并且通过形成假l象素(dummy pixel)来测量泄漏电 流。
在一个实施例中， 一种图像传感器可以包括半导体^L，其具有由 第一器件隔离层所限定的4象素区和周边区；第一和第二读出电路，其在所 述像素区内；绝缘层，其包括在所述半导体^上的第一、第二和第三下 金属线以及焊盘，所述第一和第二下金属线分别电连接到所述第一和第二 读出电路，并且所述第三下金属线在所述周边区内；第一和第二光电二极 管图案，其在所述绝缘层上，并且在每个像素内由间隙区分离，所述第一 和第二光电二級管图案分别电连接到所述第一和第二下金属线；第二器件 隔离层，其在所述绝缘层以及所述第一和第二光电二极管图案上或之上； 上金属线，其在所述第二器件隔离层上，与所述第一光电二极管图案和所 述第三下金属线相连接；焊盘孔，其在所述第二器件隔离层和所述绝缘层 内，用以暴露所述焊盘；以及钝化层，其在所述绝缘层以及所述上金属线 之上。
在另一个实施例中， 一种用于制造图《象传感器的方法可以包括在半 导体基板内形成器件隔离层，所述器件隔离层限定像素区和周边区；在所 述半导体14l的所述像素区上/内形成第一读出电路和第二读出电路；在 所述半导体J41上形成绝缘层，所述绝缘层包括第一和第二下金属线、在 所述周边区上的第三下金属线、以及焊盘；在所述像素区上的所述绝缘层 上形成晶体光电二极管层；在所述光电二欧管层内形成间隙区，以形成第 一光电二极管图案和第二光电二极管图案，所述第一光电二极管图案和第 二光电二极管图案在每个4象素内由所述间隙区分离，并且分别与所述第一 读出电路和所述第二读出电路相连接；在所述绝缘层以及所述第一和第二 光电二极管图案上或之上形成第二器件隔离层；在所述第二器件隔离层上 形成上金属线，所述上金属线与所述第一光电二极管图案和所述第三下金 属线相连接；在所述第二器件隔离层和所述绝缘层内形成焊盘孔以暴露焊 盘；以及在所述绝缘层和所述上金属线之上形成钝化层。
在附图和下面的描述中阐明一个或多个实施例的细节。其它特征将从 说明书和附图以及M利要求中明显看出。


图1到9是图示了根据各个实施例的用于制造图像传感器的方法的横 截面视图。
图IO是根据另一个实施例的图像传感器的局部详细视图。
具体实施例方式
将参考附图来详细描述根据本发明的实施例的图像传感器及其制造 方法。
第一实施例
图9是根据一个或多个实施例的图像传感器的截面视图。
根据第一实施例的图像传感器可以包括半导体MIOO，其具有由 基于器件隔离层110所限定的像素区A和周边区B;第一和第二读出电路 (例如，120、 120a),其形成于像素区A内；绝缘层160，其包括形成于 半导体mOO上或之上的下金属线150、 150a和焊盘(pad) 180;第一 和第二光电二极管图案45、 45a，其在绝缘层160上，并且在每个像素内 由间隙区25所分离，使得第一和第二光电二极管图案45、 45a分别与下 金属线150和150a相连接、并且(间接地)分别与第一和第二读出电路 120和120a相连接；在绝缘层160以及第一和第二光电二极管图案45、 45a之上的第二器件隔离层60;上金属线70，其形成于第二器件隔离层 60上或之上，使得上金属线70与第一光电二极管图案45和周边区B的 下金属线170相连接；焊盘孔63，其形成于第二器件隔离层60和绝缘层 160内以暴露焊盘180;以及钝化层80，其形成于绝缘层160之上，上金 属线70形成于绝缘层160上并且焊盘孔63形成于绝缘层160内。
钝化层80可以通过焊盘孔63而形成于焊盘180上。例如，钝化层 80可以具有在1000 ~ 2000A范围内的厚度。
上金属线70可以通过第一通孔61来与第一光电二极管图案45电连 接。此外，上金属线70可以通过第二通孔62来与周边区B的下金属线 170电连接。虽然没有在图中示出，但是上金属线70可以具有网型形式， 并且可以选择性地与第一光电二极管图案45和周边区B的下金属线170 相连接。也就是说，可以将上金属线70形成为不覆盖第一光电二极管图案45的光接收区.上金属线70可以从第一通孔61连接到第二通孔62 以覆盖第二光电二极管图案45a。
第一光电二极管图案45是主像素，其与上金属线70相连接并且执行 光电二极管操作。第二光电二极管图案45a是假像素，其不与上金属线 70相连接。上金属线70用作重置线。也就是说，由于第二光电二級管图 案45a可以排除上金属线70的泄漏因数，因此可能估计和/或正确测量泄 漏电流。相应地，可以使用第二光电二极管图案45a作为用于测量或估计 泄漏电流的参考像素。
半导体^41100的第一和第二读出电路120、 12Oa可以包括形成在半 导体141100内的电结区140。
根据第一实施例的图像传感器可以通过垂直地集成读出电路和光电 二极管、以及以单个层的形式形成用于保护光电二极管和焊盘的钝化层来 增强灵凝:度。
在图9中示出的参考数字中，没有被描述的数字将随后在制造方法部 分内被描述。
现在将参考图l到9来描述根据示例性实施例的用于制造图像传感器 的方法。
参考图1，在半导体J41100的像素区A内形成第一和第二读出电路 120、 120a。此外，在半导体^L100的像素区A和周边区B之上形成堆 叠的绝缘层160。绝缘层160可以包括多个电介质层(例如，二氧化硅、 氮化硅或它们的组合)。可以通过传统的光刻和沉积技术而在绝缘层160 的电介质堆叠内形成下金属线150、 150a和170。下金属线150和150a 可以分别地与读出电路120和120a相连接。
现在将参考图2来描述第一和笫二读出电路120、 120a以及下金属线 150、 150a。由于第一和第二读出电路120、 120a具有相同的构造，因此 将仅描述第一读出电路120。
如图2所示，通过在第二导电类型半导体lt1100内形成器件隔离层 IIO来限定有源区，然后在有源区内形成第一读出电路120，该第一读出 电路120包括每个像素内的晶体管。例如，第一读出电路120可以包括重 置晶体管Ux) 123、驱动晶体管(Dx) 125、选择晶体管(Sx) 127以及 可选的转移晶体管(Tx) 121.之后，可以通过传统地注入大量N型离子 来形成离子注入区130,离子注入区130包括浮置扩散区(FD) 131和每
8个晶体管的源极/漏极区133、 135、 137。
在半导体M 100内形成第一读出电路120还可以包括:在半导体基 板IOO内形成电结区140、以及在电结区140上形成与下金属线150相连 接的第一导电类型连接区147。例如，电结区140可以是PN结140,但是 本发明不限制与此。例如，电结区140可以包括形成于第二导电阱141 或第二导电类型外延(印i)层上的第一导电类型离子注入层143，以及 形成于第一导电类型离子注入层143上的第二导电类型离子注入层145。 例如，PN结140可以是如图2所示的P0(145)/N-(143)/P-(141)结，但本 发明并不限制于此。可以用第二导电类型杂质来对半导体^41进行掺杂， 但本发明并不限制于此。
根据第一实施例，通过将图像传感器设计成在转移晶体管(Tx)的源 极和漏极之间存在电势差来完全地转储或转移光电荷是可能的。通过这样 做，在光电二极管内产生的光电荷可以被转储或转移到浮置扩散区，从而 增强图像传感器(及其输出图像)的灵敏度。也就是说，在第一实施例中， 通过在第一读出电路120形成于其上的半导体基仗100内形成电结区140 并因此在转移晶体管(Tx)的源极和漏极之间产生电势差，有可能完全地 转储或转移光电荷。
在下文中，将详细描述根据第一实施例的转移光电荷的结构。
在第一实施例中，与作为N+结的浮置扩散区(FD) 131节点不同，电 结区140 (即P/N/P结)不是完全地接收所施加的电压，而是在恒定电压 处被夹断(pinch off )。该电压被称为"钉扎电压(pinning voltage)", 其依赖于P0 145和P- 143的掺杂浓度。
具体而言，光电二极管45 (见图9)内产生的电子移动到PNP结区 140，并且当转移晶体管(Tx) 121接通时，电子被转移到FD 131节点并 被转换为电压。
由于P0/N-/P-结140的最大电压值变为钉扎电压并且FD 131节点的 最大电压值变为Vdd减去重置晶体管(Rx)的阈值电压(Vth)，因此在芯 片上的光电二极管45内产生的电子可以由于转移晶体管(Tx) 131的源 极和漏极之间的电势差而完全地被转移到FD131节点而不发生电荷共享。 也就是说，因为在4-晶体管APS重置操作中，正(+ )电压被施加于P0/N-/P 阱结中的N- 143而地电压被施加于P0 145和P阱141，所以P0/N-/P阱 结形成于半导体基仗IOO内(即31^1，而不是飪/ 阱结)。因而，当施加大于恒定电压的电压时，P0/N-/P阱双结M双极结晶体管(BJT)结 构中一样被夹断。该电压被称为"钉扎电压"。相应地，产生转移晶体管 (Tx) 121的源极和漏极之间的电势差，并且因此当转移晶体管(Tx)接 通/关断时，可以防止电荷共享现象。
相应地，与光电二极管连接到N+结的相关技术中不同，本实施例可 以避免饱和度和灵敏度的降低。
接下来，根据第一实施例，在光电二极管和读出电^Ml间形成第一导 电类型连接区147以帮助使光电荷的移动顺利或容易，从而最小化暗电流 的源并且防止光电二极管的饱和度和灵翁:度的降低。
为了这些目的，在第一实施例中，第一导电类型连接区147可以形成 为P0/N-/P-结140的表面内的欧d^接触。N+区147可以穿透P0区145 并且接触N- 143。
同时，为了最小化来自第一导电类型连接区147的泄漏电流，可以最 小化第一导电类型连接区147的宽度。为了这个目的，首先将用于第一金
属接触15la的接触孔蚀刻到绝缘层160的最下子层内，然后执fr^:i^i
入，但本发明不限制于此。例如，可以通过首先由利用光刻胶的光刻技术 来形成离子注入图案(未示出)、然后利用该离子注入图案作为离子注入 掩模来形成第一导电类型连接区147。
也就是i兌，为了最小化暗信号并平滑地形成欧姆接触，如上所述，在 用于第一金属接触151a的接触孔内局部地执行N+掺杂。如果象在相关技 术中那样对转移晶体管(Tx)的整个源极区域执行N+掺杂，则暗信号可 能由于Si表面悬键(dangling bond)而增加。
接下来，可以通过沉积多个电介质层(例如，二氧化硅、氮化硅或 其组合)而在半导体^L 100上形成绝缘层160 (如图1至2所示)。多 个电介质层中的每一个层可以对应于下金属线150、 150a和170的金属(例 如，Ml)。每个电介质层可以包括最下部的共形蚀刻停止层(例如，氮化 硅)、共形緩冲和/或间隙填充层(例如，富硅氧化物[SRO]、 TE0S[例如， 通过由原硅酸四乙酯和氧的CVD而形成的氧化硅]、未掺杂的硅酸盐玻璃 [USG]或它们的组合)、体电介质层(例如， 一个或多个掺杂有氟[例如， 氟硅酸盐玻璃或FSG]、硼和/或磷[BSG、 PSG和/或BPSG]的氧化珪层)以 及封顶层(例如，由TE0S、 USG、等离子体硅烷[例如，通过由硅烷和氧 的等离子体辅助的二氧化硅CVD而形成的二氧化硅]或它们的组合而组成，如USG或TE0S上等离子体珪烷的双层或TE0S上USG的双层)。
以顺序的方式在绝缘层160内形成下金属线150、 150a和170 (见例 如图1至2 )。每个下金属线150、 150a和170可以包括第一金属接触(例 如，151a )、第一金属(Ml)(例如，151)、第二金属接触、第二金属(M2) (例如，152)、第三金属接触、第三金属(M3)(例如，l")以及第四金 属接触(例如，154a),但本发明不限制于此。
金属线150、 150a和170 (分别地，金属M1、 M2和M3)以及这些金 属之间用于连接到电结区(例如，140和140a)的金属接触通常由绝缘层 160包围。每个金属(例如，Ml、 M2、 M3)可以包括溅射-沉积铝或铝合 金(例如，Al和最多4wt. %Cu、最多2wt.订i和/或最多lwt. %Si)，位于 传统的粘附和/或阻挡层(例如，Ti和/或TiN，如Ti-上-TiN双层)上、 并且/或者由传统的粘附、阻挡、凸起抑制和/或抗>^射层(例如，Ti、 TiN、 WN、 TiW合金或它们的组合，如Ti-上-TiN双层或Ti-上-TiW双层)所覆 盖。这些金属是在绝缘层160的每一层内和/或每一层上，并且Ml、 M2 和M3通过在这些金属之间形成的金属接触而彼此电连接，如图1至2所 示。金属接触可以每个包括鵠(通过化学气相沉积[CVD]来沉积)或铝或 铝^r(例如，如上所述，通过溅射来沉积)，位于传统的粘附和/或阻挡 层(例如，Ti和/或TiN,如Ti-上-TiN双层)上。可以通过CVD或溅射 来沉积Ti、 TiN和TiW层。
参考图1和2，下金属线150、 150a分别对应于单位像素和假像素。 下金属线150、 150a可以分别将光电二极管45、 45a与第一和第二读出电 路120、 120a相连接，以将光电荷从光电二极管45移出以及将"暗电流" 从光电二极管45a移出。当形成与第一和第二读出电路120、 120a相连接 的下金属线150、 150a时，可以同时形成周边区B的一个或多个下金属线 170。如在此所描述的，下金属线150、 150a、 170可以由包括金属、 和/或硅化物的不同导电材料组成。
与像素区A的第一读出电路120相连接的下金属线150与执行实质性 操作的主像素相连接，而与第二读出电路120a相连接的下金属线150a 与假像素相连接。此外，当形成下金属线150的第三金属153时，可以同 时在周边区B内形成焊盘180。
参考图3，在绝缘层160上形成光电二极管层40。光电二极管层40 可以包括n型杂质区nO和p型杂质区p+。相应地，光电二极管层40可 以具有PN结可以通过对晶体载体执行离子注入过程来形成光电二极管层40。虽 然没有在附图中示出，但是晶体栽体可以包括单晶n或多晶硅层，它们 中的任一个都可以用p型杂质或n型杂质掺杂。
可以通过首先将n型杂质注入晶体载体、然后通过注入p型杂质而在 基敗的表面形成浅的p掺杂区来形成光电二极管层40。相应地，光电二 极管层40可以具有PN结，如图3所示。当晶体载体包括单晶体时，晶体 载体可以通过键合过程而耦合或键合到半导体基tl 100,晶体载体随后被 部分地移除，使得剩余第一和第二光电二极管图案45、 45a，其中光电二 极管层40由该单晶体形成。
根据一个实施例，n型杂质层比p型杂质层厚，从而提高电荷存储能 力。也就是说，n型杂质层可以比p型杂质层厚以便增加表面面积，从而 增强存储光子的能力。
这样，在半导体^100上形成光电二极管层40，以实现垂直集成。
参考图4,在像素区A的绝缘层160上形成第一和第二光电二极管图 案45、 45a。
可以通过在光电二极管层40上形成硬掩模55、并且利用硬掩模55 作为蚀刻掩模对光电二极管层40进行蚀刻来形成第一和第二光电二fe管 图案45、 45a。硬掩模55可以包括氧化物如TE0S，并且可以通过利用化 学气相沉积(CVD)来趙式沉积氧化物、在氧化物上沉积光刻胶、用光刻 法来图案化光刻胶、然后蚀刻氧化物中由图案化的光刻胶所暴露的部分而 形成。硬掩模55用于图案化光电二极管层40，以在单位像素内形成第一 和第二光电二极管图案45、 45a。将第一和第二光电二极管图案45、 45a 形成为分别对应于下金属线150、 150a。然后通过利用硬^^模55作为蚀 刻掩模对光电二极管层40进行蚀刻来形成第一和第二光电二极管图案 45、 45a。可以在第一和第二光电二极管图案45、 45a之间形成间隙区25。 间隙区25可以选择性地暴露绝缘层160。
相应地，第一和第二光电二极管图案45、 45a被间隙区25分离并且 因而在分离的像素中，并且可以分别与下金属线150和150a相连接。在 这时，与下金属线150相连接的第一光电二极管图案45可以包括实质上 作为光传感器操作的单位像素的部分，并且与下金属线150a相连接的第 二光电二极管图案45a可以操作假像素。
此外，光电二极管层40在周边区B之上的部分被移除，以暴露对应于周边区B的绝缘层160和下金属线170。
参考图5，在其上形成有第一和第二光电二极管图案45、 45a的绝缘 层160上形成第二器件隔离层60。第二器件隔离层60可以包括隔离体如 氧化物(例如，Si02)。可以在绝缘层160上形成器件隔离层60，同时填 充间隙区25。相应地，可以通过第二器件隔离层60来^^第一和第二光电 二极管图案45、 45a绝缘和/或电隔离。
此夕卜，在绝缘层160以及第一和第二光电二极管图案45、 45a的整个 上表面形成器件隔离层60。相应地，第二器件隔离层60可以保护第一和 第二光电二极管图案45、 45a以及形成于周边区B中的元件的表面。
接下来，形成暴露第一光电二极管图案45的一部分的第一通孔61 和暴露周边区B的下金属线170的第二通孔62。可以通过利用光刻法部 分地移除器件隔离层来形成第一和第二通孔61、 62。
参考图6，在第二器件隔离层60上形成上金属线70，并且上金属线 70填充第一和第二通孔61和62。可以通过在包括第一和第二通孔61和 62的第二器件隔离层60上沉积导电材料而形成上金属线70。例如，上金 属线70可以包括一种或更多种导电材料如Ti、 Al、 Cu、 Co或W。
上金属线70可以通过第一通孔61而与第一光电二极管图案45电连 接。另外，上金属线70可以通过第二通孔62而与周边区B的下金属线 170电连接。
虽然在图中没有示出，但是上金属线70可以被图案化为不覆盖第一 光电二极管图案45的光接收区。也就是说，通过选择性地移除上金属线 70的在第一光电二极管图案45之上的一部分，可以暴露光接收区。此外， 上金属线70可以被图案化为暴露第二器件隔离层60中位于焊盘180以上 的一部分。
上金属线70与第一光电二极管图案45而不是第二光电二极管图案 45a相连接。因此，第一光电二极管图案45用作光传感器，而第二光电 二极管图案45a作为假像素。下金属线和上金属线之间的泄漏电流可以影 响对工作光电二极管中的泄漏电流的测量。然而，在本实施例中，泄漏电 流通常不是由下金属线150a产生，并且假像素不连接到用作重置线的上 金属线70。也就是说，由于可以从假像素内的电流的测量中排除来自重 置线的泄漏电流，因此正确地测量(或更精确地估计)工作光电二极管中 的泄漏电流是可能的。由于泄漏电流直接影响暗信号(即，当〗象素被关断时产生的光电荷或出现的信号)，第二光电二极管图案45a可以用于作为 假像素(例如，参考像素)以测量暗信号。
此外，由于上金属线70将第一通孔61与第二通孔62相连接，因此 第二光电二极管图案45a可以^LA盖。也就是说，由于入射到第二光电二 极管图案45a上的光被阻挡，因此通过比较室温时的信号和高温时的信号 来改善输出图像(其可以受热像素不利地影响)是可能的。
参考图7，在第二器件隔离层60和绝缘层160内形成暴露焊盘180 的焊盘孔63。可以通过在第二器件隔离层60上形成光刻胶膜(未示出)、 并且利用光刻法来蚀刻第二器件隔离层60，形成焊盘孔63。焊盘孔63 暴露焊盘180。
参考图8,在包括焊盘孔63的绝缘层160之上形成钝化层80。例如， 可以通过沉积厚度在100~ 2000A范围内的氧化物如TEOS来形成钝化层 80。由于TEOS钝化层形成于上金属线70上，因此上金属线70可以被绝 缘。此外，钝化层80保护第一和第二光电二极管图案45、 45a。另外， 钝化层80可以在随后的滤色器形成过程中保护焊盘180不被污染。另夕卜， 由于钝化层80可以以单个层的形式，因此可以减小图像传感器的厚度， 从而使图像传感器小型化。而且，由于钝化层80可以包括单个氧化物层， 因此可以减小对入射光的反射和折射，从而增强灵敏度。
参考图9，在第一和第二光电二极管图案45、 45a之上的钝化层80 上形成滤色器90。在每个单位像素中形成滤色器90以从入射光中过滤特 定和/或预定的颜色。虽然在图中没有示出，但是可以在每个滤色器90 上进一步形成M镜。
根据上述制造图像传感器的方法，由于在形成读出电路的半导体^ 上形成光电二敗管，因此可以实现图4象传感器的垂直集成。
此外，由于形成了执行光传感操作的主像素和用作参考像素的假像 素，因此可以增强图4象传感器的性能。
此外，由于钝化层可以包括或基本上由在光电二极管和滤色器之间的 单个层组成，因此可以增强灵敏度。
第二实施例
图10是根据一个或更多个第二实施例的图像传感器的局部详细视图。
根据第二实施例的图像传感器可以包括半导体基板IOO，有第一和 第二读出电路120、 120a形成于其上；笫一和第二金属线150、 150a,形 成于半导体基板100上并且分别与第 一和第二读出电路120、 12Oa电连接; 以及第一和第二光电二敗管图案45、 45a，分别与第一和第二金属线150、 150a电连接并且形成于半导体^L 100之上。
第二实施例可以采用第一实施例的技术特征。
例如，第二实施例的第一光电二极管图案45是与上金属线70相连接 以执行实质性操作(例如，光传感)的主《象素。第二光电二极管图案45a 可以是假像素，其不与上金属线70相连接，并且作为参考像素。此外， 钝化层80可以是上金属线70上的单个层，用以保护图像传感器并且在后 续处理期间防止焊盘被污染。
与第一实施例不同，第二实施例包括形成于电结区140的一侧的第一 导电类型连接区148。
才艮据一个实施例，可以在PO/N-/P-结140内形成用于欧姆接触的N+ 连接区148。 N+连接区148和M1接触151a可以作为泄漏源。这是因为在 工作中，反向偏置可以被施加到？0^-/ -结140，并且在Si基板的表面层 内可以产生电场EF。在所产生的电场的作用下，可能在形成接触时产生 的晶体缺陷可以作为泄漏源。
此外，在N+连接区148形成于？0邝-:-结140的表面上的情况下， 可以由^/ 0结148/145产生附加电场，^/ 0结148/145也可以作为泄 漏源。
相应地，可以提供布局，在该布局中不在PO层内形成N类型gUf接 触，将第一接触栓塞151a形成为与N+连接区148相接触，并且将第一接 触栓塞151a电连接到N-结143。因此，可以避免>^41的表面层内的电 场，否则，这可以从另外的方面对3-D集成CIS的暗电流的减小产生贡献。
在该说明书中，对"一个实施例"、"实施例"、"示例性实施例"等的 任何引用表示关于该实施例而描述的特定特征、结构或特性包括在本发明 的至少一个实施例中。这些措词在说明书中不同位置的出现不必全部指的 是同一实施例。此外，当关于任何实施例来描述特定特征、结构或特性时， 认为是这些特征、结构或特性可以与其它实施例的方面相组合是在本领域 技术人员的理解范围内。虽然参考多个示例性实施例描述了实施例，但是应该理解，本领域技 术人员可以设计出将落入本公开的原理的精神和范围内的大量其它修改 和实施例。更具体地，可对4^>开、附图和所附权利要求的范围内的目标 组合排列的部件部分和/或配置进行变化或修改。除了对部件部分和/或配 置的变化或修改，替选使用对于本领域技术人员来说也是明显的。
权利要求
1. 一种图像传感器，包括半导体基板，其具有由第一器件隔离层所限定的像素区和周边区；第一和第二读出电路，其在所述像素区内；绝缘层，其包括在所述半导体基板上的第一、第二和第三下金属线以及焊盘，所述第一和第二下金属线分别电连接到所述第一和第二读出电路，并且所述第三下金属线在所述周边区内；第一和第二光电二极管图案，其在所述绝缘层上，并且在每个像素内由间隙区分离，所述第一和第二光电二极管图案分别电连接到所述第一和第二下金属线；第二器件隔离层，其在所述绝缘层以及所述第一和第二光电二极管图案上；上金属线，其在所述第二器件隔离层上，与所述第一光电二极管图案和所述第三下金属线相连接；焊盘孔，其在所述第二器件隔离层和所述绝缘层内，用以暴露所述焊盘；以及钝化层，其在所述绝缘层和所述上金属线之上。
2. 根据权利要求l的图像传感器，其中所述第二器件隔离层还 包括部分地暴露所述第 一光电二极管图案的第 一通孔和暴露所述第 三下金属线的第二通孔，并且所述上金属线通过所述第 一通孔和所述第二通孔与所述第 一光 电二极管图案和所述第三下金属线电连接。
3. 根据权利要求l的图像传感器，其中所述第二光电二极管图 案与所述第二读出电路相连接，并且被配置为测量或估计参考电压。
4. 根据权利要求2的图像传感器，其中所述上金属线覆盖所述 第二光电二极管图案。
5. 根据权利要求l的图像传感器，其中所述第一和第二读出电 路包括所述半导体基tl内的电结区，并且所述电结区包括在所述半导体基板内的第一导电类型离子注入区；以及 在所述第一导电类型离子注入区上的第二导电类型离子注入区。
6. 根据权利要求5的图像传感器，还包括所述电结区上的第一 导电类型连接区，所述第一导电类型连接区与所述下金属线电连接。
7. 根据权利要求5的图像传感器，其中所述电结区包括PNP结。
8. 根据权利要求1的图像传感器，其中所述第一和第二读出电 路包括晶体管，所述晶体管具有源极、漏极以及源极和漏极之间的电 势差。
9. 根据权利要求8的图像传感器，其中所述晶体管是转移晶体 管，所述转移晶体管的漏极是浮置扩散区，并且所述转移晶体管的源 极的离子注入浓度低于漏极的离子注入浓度。
10. 根据权利要求5的图像传感器,还包括第一导电类型连接区， 所述第一导电类型连接区在所述电结区的一侧，并且与所述下金属线 电连接。
11. 根据权利要求10的图像传感器，其中所述第一导电类型连 接区与器件隔离区相接触，并且与所述电结区相连接。
12. —种用于制造图傳 降感器的方法，包括 在半导体基fcl内形成器件隔离层以限定像素区和周边区；在所述半导体^1的所述4象素区上形成第 一读出电路和第二读 出电路；在所述半导体141上形成绝缘层，所述绝缘层包括第一和第二下 金属线、在所述周边区上的第三下金属线、以及焊盘；在所述像素区上的所述绝缘层上形成晶体光电二极管层；在所述光电二极管层内形成间隙区，以形成第一光电二极管图案 和第二光电二极管图案，所述第一光电二极管图案和第二光电二极管 图案在每个像素内由所述间隙区分离，并且分别与所述第 一读出电路 和所述第二读出电路相连接；在所述绝缘层以及所述第一和第二光电二极管图案上形成第二 器件隔离层；在所述第二器件隔离层上形成上金属线，所述上金属线与所述第一光电二极管图案和所述第三下金属线相连接；在所述第二器件隔离层和所述绝缘层内形成焊盘孔以暴露所述 焊盘；以及在所述绝缘层和所述上金属线之上形成钝化层。
13. 根据权利要求12的方法，其中形成所述上金属线包括在形成所述第二器件隔离层之后，形成部分地暴露所述第一光电 二极管图案的第 一通孔和暴露所述第三下金属线的第二通孔；在所述第二器件隔离层上形成金属层，4吏得所述第一通孔和所述 第二通孔被填充；以及移除所述金属层的一部分，使得所述第二器件隔离层的在所述第 一光电二极管图案之上的区域被选择性地暴露。
14. 根据权利要求12的方法，其中所述上金属线覆盖所述第二 光电二极管图案。
15. 根据权利要求12的方法，其中形成所述第一和第二读出电 路包括在所述半导体^L内形成电结区。
16. 根据权利要求15的方法，其中在所述半导体基板内形成所 述电结区包括在所述半导体基板内形成第一导电类型离子注入区；以及 在所述第一导电类型离子注入区上形成第二导电类型离子注入区。
17. 根据权利要求15的方法，还包括在所述电结区内形成第 一导电连接区，所述第一下金属线连接到所述第一导电连接区。
18. 根据权利要求17的方法，还包括在形成所述第一导电类 型连接区之前蚀刻用于所述第一下金属线的接触孔。
19. 根据权利要求15的方法，还包括在所述电结区的一侧形 成第一导电连接区，所述第一下金属线连接到所述第一导电连接区。
20. 根据权利要求19的方法，其中所述第一导电类型连接区与 器件隔离区相接触，并且与所述电结区相连接。
全文摘要
提供了图像传感器及其制造方法。在图像传感器中，半导体基板具有由第一器件隔离层所限定的像素区和周边区。第一和第二光电二极管图案在像素区上形成，并且连接到下金属线以连接到第一和第二读出电路。第一光电二极管图案用作有效光电二极管，而第二光电二极管图案用作假像素。假像素可以测量泄漏电流。
文档编号H01L27/146GK101471363SQ200810186530
公开日2009年7月1日 申请日期2008年12月25日 优先权日2007年12月27日
发明者金钟满 申请人:东部高科股份有限公司