[发明专利]用于制造3D图像传感器结构的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，更具体地，涉及制造3D图像传感器结构的系统和方法。

背景技术

半导体图像传感器用于感测例如光的辐射。互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)及电荷耦合器件(CCD)传感器广泛用在诸如数位照相机或手机相机的各种应用中。这些器件利用位于衬底中的像素传感器阵列，像素传感器阵列可包括光电二极管和晶体管，以及可吸收向衬底投射的辐射，并可将感测到的辐射转化成电信号。

诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)的光电二极管通常用在照相机和其它视频或照相器件中感测图像。近来，通过使用背测照明(BSI)来改进光电二极管器件。BSI图像传感器件是一种使用具有光敏区的光电二极管(将所接收到的电磁能(例如光)转换成电荷)的图像传感器件。一般来说，光刻工艺将诸如栅极氧化物、金属互连件以及类似物的结构沉积在硅晶圆的顶面上或其它衬底上。早期的光电二极管是从顶面，即从器件结构所在的同一面，采集光。沉积在光电二极管衬底的顶面上的金属互连件可能会阻挡光电二极管的部分光敏区，从而降低图片质量及单个的光电二极管的敏感性。

可操作这些BSI图像传感器件以探测投射在其背侧的光。BSI图像传感器件具有相对薄的(例如，几微米厚)并可在其中形成感光像素的硅衬底。理想地，减少衬底的厚度以便光可进入器件的背面并照射光电二极管的光敏区，以消除在成像期间来自沉积结构及金属互连件的阻碍及干扰。BSI采集来自光电二极管衬底的背面的光，并且诸如金属互连件、栅极氧化物或类似物的干扰结构沉积在衬底的顶面，然后将衬底磨薄或用其它方法减薄以让光通过衬底并作用在光电二极管的光敏区。BSI图像传感器件的量子效率及最大阱容量可根据辐射感测区的尺寸而定。因而，降低源自覆盖的金属接触件的干扰量的能力，通过让更多的入射光照射图像传感器的光敏部分而不被覆盖的结构所阻碍，提高了图像传感器的量子效率。另外，对每个图像传感器来说，较大的光敏区及相关联的阱允许采集到较大量的光信息。因此，填充因子越大，或光电二极管面积与总管芯面积的比率越大，对于给定管芯尺寸允许收集的图像效率越大。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于制造图像传感器件的方法，包括：

在衬底上提供图像传感器，所述图像传感器至少包括设置在所述衬底的第一侧上的光敏区；

在所述衬底的第一侧施加第一介电层；

在所述第一介电层上施加半导体层；

在所述半导体层的上方形成至少一个晶体管；

在所述至少一个晶体管及所述半导体层的上方施加金属间介电层；以及

至少在所述金属间介电层中制造至少一个金属互连件。

在可选实施例中，所述图像传感器还包括在所述图像传感器中至少将所述光敏区与浮置扩散区桥接的转移栅极。

在可选实施例中，所述方法还包括在所述半导体层中限定源极区和漏极区。

在可选实施例中，通过将晶圆接合到所述衬底的第一侧来施加至少所述第一介电层。

在可选实施例中，所述晶圆包括电介质以及半导体材料，并且施加所述第一介电层以及施加所述半导体层包括将所述晶圆接合到所述衬底的第一侧。

在可选实施例中，通过将电介质沉积到所述衬底的第一侧来施加至少所述第一介电层。

在可选实施例中，在所述第一介电层以及所述至少一个晶体管的上方施加第二介电层，以及所述金属间介电层被施加在所述第二介电层的上方。

在可选实施例中，所述至少一个金属互连件将所述图像传感器和所述至少一个晶体管相连。

根据本发明的另一方面，还提供了一种用于制造图像传感器件的方法，包括：

在衬底上提供图像传感器，所述图像传感器至少包括设置在所述衬底的第一侧上的光敏区；

在所述衬底的第一侧施加第一介电层；

在所述第一介电层的至少一部分上施加半导体层；

将所述半导体层形成在一个或多个分离的器件区中；

在所述半导体层上制造至少一个控制晶体管；以及

在所述至少一个控制晶体管的上方形成金属互连件，其中所述金属互连件将所述图像传感器和所述至少一个控制晶体管电连接。

在可选实施例中，所述金属互连件位于所述至少一个控制晶体管上方设置的介电层中。

在可选实施例中，所述图像传感器还包括至少将所述光敏区与浮置扩散区桥接的转移栅极，其中，在所述转移栅极的上方施加所述第一介电层。