[发明专利]图像传感器的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像传感器的制造方法。

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。图像传感器一般被划分为电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补型金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)。CIS包括用于将光信号转换成电信号的光电二极管区和用于处理所转换的电信号的晶体管区。光电二极管区和晶体区水平地排列于半导体衬底中。在这种水平排列中，一般将光感测区被限制在有限的面积之内的程度称为“填充因数”。

为了克服这种填充因数的局限性，曾进行过如下尝试：采用非晶硅(Si)形成光电二极管，或者例如采用晶片间接合法在Si衬底中形成读出电路并在该读出电路上方形成光电二极管(下文中称为“三维(3D)图像传感器”)。通过金属互连可以将该光电二极管与读出电路相连。

在这种情况下，可以在第一层间电介质中形成导通孔以形成接触插塞，所述接触插塞连接到形成于电路中的互连件。然而，在形成导通孔时形成于导通孔侧壁上的残留物没有完全被除去，从而导致图像传感器中的缺陷之源。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，在实施例中提供一种图像传感器的制造方法：可在半导体衬底上方形成层间电介质。层间电介质可包括互连件。通过在半导体衬底上执行蚀刻工艺，可形成穿过层间电介质的导通孔。导通孔暴露互连件。在包括导通孔的半导体衬底上执行第一清洗工艺和第二清洗工艺。通过在导通孔中填充金属材料而形成接触插塞。可在包括互连件和接触插塞的层间电介质上方形成其中堆叠有第一掺杂层和第二掺杂层的图像感测单元。这里，第一和第二清洗工艺包括通过蚀刻工艺除去在导通孔的侧壁上方形成的残留物。

本发明的图像传感器能够将暗电流源减到最小，并且防止饱和度的减小和灵敏度的下降。

附图说明

实例性图1至图9是示出用于制造根据实施例的图像传感器的工艺的侧剖视图。

具体实施方式

在下文中，将参考实例性图1至图9详细描述根据实施例的图像传感器的制造方法。实施例不限于CMOS图像传感器，还可以包括任何类型的需要光电二极管的图像传感器，例如CCD图像传感器。

参照图1，可以在包括读出电路120的半导体衬底100上方形成互连件150和层间电介质160。半导体衬底100可以是单晶硅或多晶硅衬底，并且可以掺杂有P-型杂质或N-型杂质。例如，可以在半导体衬底100中形成器件隔离层110以定义有源区。可以在有源区中为单元像素形成包括晶体管的读出电路120。例如，读出电路120可以包括：转移晶体管(Tx)121、复位晶体管(Rx)123、驱动晶体管(Dx)125和选择晶体管(Sx)127。之后，可以为每一个晶体管形成包括浮置扩散区(FD)131和源极/漏极区133、135和137的离子注入区130。还可以将读出电路120应用到3Tr或5Tr结构中。

在第一衬底100上形成读出电路120可以包括：在该第一衬底100上形成电结区140并且形成连接到位于该电结区140上部的互连件150的第一导电型连接件147。

例如，电结区140可以是P-N结140，但是实施例并不局限于此。例如，电结区140可以包括：第一导电型离子注入层143，形成于第二导电型阱141或第二导电型外延层上；以及第二导电型离子注入层145，形成于第一导电型离子注入层143上。例如，如实例性图1所述，该P-N结140可以是P0(145)/N-(143)/P-(141)结，但是实施例并不局限于此。第一衬底100可以是第二导电型衬底，但是实施例并不局限于此。

根据实施例，所述器件可被设计为在转移晶体管(Tx)的源极和漏极之间具有电势差，从而使光电荷能够全部倾卸(dumping)。因此，可以将在光电二极管中产生的光电荷倾卸到浮置扩散区，从而增加输出图像灵敏度。即，实施例可以在包括读出电路120的第一衬底100中形成电结区140，以在转移晶体管(Tx)121的源极和漏极之间提供电势差，从而使光电荷能够全部倾卸。

在下文中，将参照图1和图2详细描述根据实施例的光电荷的倾卸结构。在实施例中，与N+结的第二浮置扩散(FD)131节点不同的是，所述电结区140的P/N/P结140(在其上施加的电压没有全部传输到位)可以在预定电压处夹断(pinched off)。这种电压被称为钉扎电压(pinning voltage)。所述钉扎电压可取决于P0(145)和N-(143)的掺杂浓度。