[发明专利]图像传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感器及其制造方法。

背景技术

图像传感器是将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像传感器大致分为电荷耦合器件(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，使用离子注入在具有晶体管电路的衬底中形成光电二极管。由于为了在不增加芯片大小的情况下增加像素的数目，从而使得光电二极管的大小越来越小，光接收部分的面积也减小，以致图像质量降低。

此外，由于堆叠高度的减少程度比不上光接收部分的面积的减少程度，所以由于光的衍射(称为爱里盘(airy disk))而使得入射到光接收部分的光子数目也减少。

作为克服这种限制的选择，实现了以下尝试，使用非晶硅(Si)形成光电二极管，或在Si衬底中形成读出电路以及使用例如晶片与晶片键合的方法在读出电路上形成光电二极管(以下称为“三维(3D)图像传感器”)。通过互连件将光电二极管与读出电路连接。

同时，根据现有技术，由于光电二极管的顶部与地连接，所以并没有将额外的电子或额外的空穴(hole)有效地复位。因此，会出现暗电流或复位噪音。

此外，根据现有技术，由于读出电路的转移晶体管的源极和漏极都大量掺杂有N型杂质，所以会发生电荷共享现象。当发生电荷共享现象时，输出图像的敏感度降低，并且会发生图像错误。

此外，根据现有技术，因为光电荷不容易在光电二极管和读出电路之间移动，所以会产生暗电流或降低饱和度和敏感度。

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，该图像传感器在增大填充因数的同时可减少暗电流和复位噪音。

本发明的实施例还提供一种图像传感器及其制造方法，该图像传感器在增大填充因数的同时可减少电荷共享的发生。

本发明的实施例还提供一种图像传感器及其制造方法，该图像传感器通过为光电二极管和读出电路之间的光电荷提供迅速移动路径，可最小化暗电流源并抑制饱和度和敏感度的降低。

在一实施例中，一种图像传感器可包括：第一衬底，包含互连件和读出电路；和图像感测器件，位于所述互连件上；其中将反向偏压施加到所述图像感测器件的顶部。

在另一实施例中，一种图像传感器的制造方法可包括以下步骤：在第一衬底中形成读出电路和互连件；在所述互连件上形成图像感测器件；其中形成所述读出电路的步骤包括：在第一衬底中形成电学结区(electrical junction region)；其中形成所述电学结区的步骤包括：在所述第一衬底中形成第一导电型离子注入区，以及在所述第一导电型离子注入区上形成第二导电型离子注入区。此外，可对图像感测器件的顶部施加反向偏压。

在另一个实施例中，一种图像传感器可包括：第一衬底，包含互连件和读出电路；和图像感测器件，位于所述互连件上；其中第一衬底掺杂为第二导电型，其中读出电路包括在第一衬底上的晶体管和在晶体管一端的第一衬底中形成的电学结区。此外，可将反向偏压施加到图像感测器件的顶部。

在以下的附图和描述中产生一个或多个实施例的细节。根据说明书和附图以及根据权利要求书，其它特征将变得清楚。

附图说明

图1是根据一实施例的图像传感器的横截面图。

图2至图6是根据一实施例的图像传感器的制造方法的横截面图。

图7是根据另一实施例的图像传感器的横截面图。

具体实施方式

以下，参照附图描述图像传感器及其制造方法的实施例。

在实施例的描述中，可以理解，当提及一个层(或膜)在另一个层或衬底“上”时，其可以直接在另一个层或衬底上，或者也可以存在中间层。此外，可以理解，当提及一个层在另一个层“下”时，其可以直接在另一个层或衬底下，或者也可以存在一个或多个中间层。此外，还可以理解，当提及一个层在两个层“之间”时，其可以是在两个层之间的唯一层，或者也可以存在一个或多个中间层。

本发明不限于互补型金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，也可以容易地应用于需要光电二极管的任意图像传感器。

图1是根据一实施例的图像传感器的横截面图。

参照图1，图像传感器可包括：第一衬底100，包含互连件(interconnection)150和读出电路120；和互连件150上的图像感测器件210。将图像感测器件210上的上电极240进行连接，从而可对图像感测器件210的顶部施加反向偏压。