[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本公开涉及半导体领域，具体来说，涉及半导体装置及其制造方法。

背景技术

图像传感器可用于对辐射(例如，光辐射，包括但不限于可见光、红外线、紫外线等)进行感测，从而生成对应的电信号(图像)。它被广泛地应用在数码相机、安保设施、和其他成像设备中。图像传感器按照其接收辐射的方式可以分为背照式(BSI)图像传感器和前照式(FSI)图像传感器。

背照式(BSI)图像传感器能够从其背面接收辐射。不同于前照式(FSI)图像传感器，在背照式(BSI)图像传感器中，辐射从衬底的背面入射进入，而布线等可能影响辐射接收的部件基本位于衬底的正面。

对于BSI图像传感器，暗电流是重要的指标，降低暗电流有助于直接提升拍照成像的品质和降低噪点。暗电流主要通过硅表面的各种缺陷、陷阱、电荷和悬挂键从感测元件中泄露。

为防止暗电流的发生，在现有技术中，在硅衬底的各个表面使用离子注入来形成表面势垒，从而阻止载流子(例如，电子)跨过硅表面形成暗电流。但该方式会降低图像传感器的满阱电子容量(Full Well Capacity)。

另一方面，确保将各个感测单元之间的串扰最小化，对于图像传感器也是重要的。

因此，需要提出一种新的技术来减轻或者解决上述现有技术中的一个或多个问题。

发明内容

本公开的一些实施例的一个目的是提供改进的半导体装置及其制造方法。根据本公开实施例的半导体装置可以提供可调节的表面势垒，从而大大抑制暗电流。根据本公开的一个实施例的半导体装置还可以减少感测单元(例如像素或者像素所包含的感光元件(如光电二极管)) 之间串扰，提高量子效率(QE)。

根据本公开的第一方面，提供了一种半导体装置，包括：衬底，包括沟槽以及由所述沟槽分隔开的透射区；绝缘缓冲层，形成在所述衬底之上并且覆盖所述沟槽的表面和所述透射区；以及势垒调节层，形成在所述缓冲层之上，用于调节衬底表面的势垒，所述势垒调节层包括在处于所述沟槽中的所述缓冲层之上的第一部分以及在处于所述透射区之上的所述缓冲层之上的第二部分，所述第一部分由导电材料形成，所述第二部分由绝缘材料形成。

在一个实施例中，所述势垒调节层的所述第二部分的材料和所述势垒调节层的所述第一部分的材料包含相同的金属元素。

在一个实施例中，势垒调节层的所述第一部分包括：用于功函数调节的功函数调节层；和导电的缓冲层。

在一个实施例中，所述半导体装置还包括：导电栅格，电连接到所述势垒调节层的所述第一部分，其中，所述导电栅格适于被供应以电位。

在一个实施例中，所述衬底包括用于感测辐射的辐射感测单元，所述透射区与所述辐射感测单元对应。

在一个实施例中，所述半导体装置是背照式图像传感器。在一个实施例中，所述辐射感测单元被形成为邻近所述衬底的正面，所述沟槽和所述透射区位于所述衬底的背面，所述绝缘缓冲层形成在所述衬底的背面上。

在一个实施例中，所述半导体装置还包括：上部覆盖层，所述上部覆盖层至少包括抗反射材料层，所述上部覆盖层至少在所述势垒调节层之上。

在一个实施例中，所述绝缘缓冲层被设置为对于辐射是透射的，所述势垒调节层的所述第一部分被设置为对于辐射是非透射的，并且所述势垒调节层的所述第二部分被设置为对于辐射是透射的。

根据本公开一个方面，提供了一种制造半导体装置的方法，包括以下步骤：提供衬底，所述衬底包括沟槽以及由所述沟槽分隔开的透射区；在所述衬底之上形成绝缘缓冲层，所述缓冲层覆盖所述沟槽的表面；以及在所述缓冲层之上形成势垒调节层以调节衬底表面的势垒，所述势垒调节层包括在处于所述沟槽中的所述缓冲层之上的第一部分以及在处于所述透射区之上的所述缓冲层之上的第二部分，所述第一部分由导电材料形成，所述第二部分由绝缘材料形成。

在一个实施例中，所述势垒调节层的所述第二部分的材料和所述势垒调节层的所述第一部分的材料包含相同的金属元素。

在一个实施例中，所述势垒调节层的所述第一部分包括：用于功函数调节的功函数调节层；和导电的缓冲层。