專利名稱：背部照明圖像傳感器中用于改進(jìn)電荷傳輸?shù)耐该鲗?dǎo)電膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，更具體地，本發(fā)明涉及一種北部照明圖像傳感器中用于改進(jìn)電荷傳輸?shù)耐该鲗?dǎo)電膜。
背景技術(shù)：
集成電路(IC)技術(shù)不斷地在進(jìn)步。這種進(jìn)步通常包括按比例縮小器件幾何尺寸以實(shí)現(xiàn)更低的生產(chǎn)成本，更高的器件集成密度，更高的速度，和更好的性能。與通過降低幾 何尺寸而實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢一起存在的是直接對IC器件所做出的改進(jìn)。這種IC器件之一就是圖像傳感器器件。圖像傳感器器件包括像素陣列(或網(wǎng)格)，用于檢測光和記錄檢測到的光的強(qiáng)度(亮度)。像素陣列通過積聚電荷來響應(yīng)光一光越多，電荷越多。然后可以使用電荷(例如，被其他電路使用)以提供可以用于合適用途的彩色和亮度，例如數(shù)碼相機(jī)。像素網(wǎng)格的常見類型包括電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器器件。圖像傳感器器件的一個類型是背部照明(BSI)圖像傳感器器件。BSI圖像傳感器器件用于感應(yīng)投射到襯底(其支持BSI圖像傳感器器件的圖像傳感器電路)的背部表面上的光量。像素網(wǎng)格位于襯底的前面，襯底足夠薄因此投射到襯底的背面的光可以到達(dá)像素網(wǎng)格。與前部照明(FSI)圖像傳感器器件相比，BSI圖像傳感器器件提供高填充因子和降低的相消干擾。然而，由于器件的縮放，繼續(xù)對BSI技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)以進(jìn)一步改進(jìn)BSI圖像傳感器器件的量子效率。因此，盡管現(xiàn)有的BSI圖像傳感器器件和制造這些BSI圖像傳感器器件的方法對于其預(yù)期的目的已經(jīng)足夠，但是它們不是在所有方面都令人完全滿意。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種圖像傳感器器件，包括具有前表面和后表面的襯底；設(shè)置在所述襯底的所述前表面的傳感器元件，所述傳感器元件可操作以感應(yīng)投射到所述襯底的所述后表面上的輻射；以及設(shè)置在所述襯底的所述后表面上方的透明導(dǎo)電層，所述透明導(dǎo)電層至少部分地覆蓋所述傳感器元件并且所述透明導(dǎo)電層配置成與所述傳感器元件的底部電連接。根據(jù)本發(fā)明所述的圖像傳感器器件，其中所述透明導(dǎo)電層包括氧化銦錫(ITO)材料。根據(jù)本發(fā)明所述的圖像傳感器器件，其中所述透明導(dǎo)電層包括氧化銦鎵鋅(IGZO)材料。根據(jù)本發(fā)明所述的圖像傳感器器件，還包括設(shè)置在所述襯底的所述后表面和所述透明導(dǎo)電層之間的介電層。根據(jù)本發(fā)明所述的圖像傳感器器件，其中所述傳感器元件包括設(shè)置在所述襯底中的第一摻雜劑類型的光感應(yīng)區(qū)域和鄰近所述光感應(yīng)區(qū)域的第二摻雜劑類型的固定層，所述固定層設(shè)置在所述襯底的所述前表面，其中所述第一摻雜劑類型與所述第二摻雜劑類型相反。根據(jù)本發(fā)明所述的圖像傳感器器件，其中所述傳感器元件不包括鄰近所述光感應(yīng)區(qū)域的并且設(shè)置在所述襯底的所述后表面上的另一個第二摻雜劑類型的固定層。根據(jù)本發(fā)明所述的圖像傳感器器件還包括具有轉(zhuǎn)移柵極的轉(zhuǎn)移晶體管，所述轉(zhuǎn)移晶體管設(shè)置在所述襯底的所述前表面上方，其中所述轉(zhuǎn)移柵極介于所述襯底中的第一源極/漏極區(qū)域和所述傳感器元件之間；以及具有復(fù)位柵極的復(fù)位晶體管，所述復(fù)位晶體管設(shè)置在所述襯底的所述前表面上方，其中所述復(fù)位柵極介于所述襯底中的所述第一源極/漏極區(qū)域和所述襯底中的第二源極/漏極區(qū)域之間。根據(jù)本發(fā)明所述的圖像傳感器器件還包括具有源極跟隨器柵極，第一源極跟隨 器源極/漏極區(qū)域，和第二源極跟隨器源極/漏極區(qū)域的源極跟隨器晶體管，其中所述源極跟隨器柵極與所述第一源極/漏極區(qū)域連接并且所述第一源極跟隨器源極/漏極區(qū)域與所述第二源極/漏極區(qū)域連接；以及選擇性晶體管，所述選擇性晶體管的選擇性源極/漏極區(qū)域與所述第二源極跟隨器源極/漏極區(qū)域連接。根據(jù)本發(fā)明所述的圖像傳感器器件還包括設(shè)置在所述透明導(dǎo)電層上方的濾色器；以及設(shè)置在所述濾色器上方的微透鏡，其中所述濾色器和所述微透鏡與所述傳感器元件的光感應(yīng)區(qū)域?qū)R。根據(jù)本發(fā)明所述的一種圖像傳感器器件包括具有前表面和后表面的襯底；像素陣列，所述像素陣列包括多個設(shè)置在所述襯底的所述前表面上的像素，所述像素陣列可操作性地感應(yīng)投射到所述襯底的所述后表面上的輻射；以及設(shè)置在所述襯底的所述后表面上的透明導(dǎo)電層，其中所述透明導(dǎo)電層與所述像素陣列電容耦合。根據(jù)本發(fā)明所述的圖像傳感器器件，其中所述多個像素排列成行和列，從而形成所述像素陣列，而且所述透明導(dǎo)電層設(shè)置在所述像素陣列上。根據(jù)本發(fā)明所述的圖像傳感器器件，其中所述多個像素排列成行和列，從而形成所述像素陣列，而且所述透明導(dǎo)電層設(shè)置在所述像素陣列的每一行上。根據(jù)本發(fā)明所述的圖像傳感器器件，其中每個像素包括光電二極管和轉(zhuǎn)移晶體管，其中所述光電二極管配置成檢測輻射和積聚響應(yīng)檢測輻射的信號電荷，并且所述轉(zhuǎn)移晶體管配置成移動所述光電二極管中積聚的所述信號電荷。根據(jù)本發(fā)明所述的圖像傳感器器件，其中每個像素還包括復(fù)位晶體管，源極跟隨器晶體管，和選擇性晶體管。根據(jù)本發(fā)明所述的圖像傳感器器件，還包括設(shè)置在所述襯底的所述后表面和所述透明導(dǎo)電層之間的介電層。根據(jù)本發(fā)明所述的圖像傳感器器件，其中所述透明導(dǎo)電層包括氧化銦錫(ITO)和氧化銦鎵鋅(IGZO)之一。根據(jù)本發(fā)明所述的一種方法，包括提供具有前表面和后表面的襯底；在所述襯底的所述前表面形成光感應(yīng)區(qū)域；以及形成位于所述襯底的所述后表面上并且至少部分地覆蓋所述傳感器元件的透明導(dǎo)電層，使得所述透明導(dǎo)電層與所述傳感器元件的底部電容耦
口 o根據(jù)本發(fā)明所述的方法，其中所述形成所述透明導(dǎo)電層包括形成氧化銦錫(ITO)層。
根據(jù)本發(fā)明所述的方法，其中所述形成所述透明導(dǎo)電層包括形成氧化銦鎵鋅(IGZO)層。根據(jù)本發(fā)明所述的方法，還包括形成位于所述襯底的所述前表面上方的轉(zhuǎn)移柵極，其中所述轉(zhuǎn)移柵極介于所述襯底中的所述光感應(yīng)區(qū)域和浮動擴(kuò)散區(qū)域之間。


當(dāng)結(jié)合附圖理解時，從以下詳細(xì)的描述可以最好地理解本公開。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)上的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，沒有按比例繪制各種部件而且各個部件只是用于說明的目的。實(shí)際上，為了簡明地討論可以任意地增加或減少各個部件的尺寸。圖I是根據(jù)本公開的各個方面的圖像傳感器器件的頂視圖。圖2是根據(jù)本公開的各個方面的，包含傳感器元件的集成電路的示意性截面?zhèn)纫晥D。圖3是根據(jù)本公開的各個方面的，包含傳感器元件的另一個集成電路器件的示意性截面?zhèn)纫晥D。圖4A-圖4C和圖5A-圖5C根據(jù)本公開的各個方面，示出在各種工作狀態(tài)中的圖3集成電路器件的傳感器元件。圖6和圖7是根據(jù)本公開的各個方面的圖3集成電路器件的頂視圖。
具體實(shí)施例方式為了實(shí)施本公開的不同部件，以下公開提供了許多不同的實(shí)施例或?qū)嵗?。以下描述元件和布置的特定?shí)例以簡化本公開。當(dāng)然這些僅僅是實(shí)例并不打算限定。例如，以下描述中第一部件形成在第二部件上方或上面可以包括其中第一部件與第二部件以直接接觸形成的實(shí)施例，并且也可包括其中額外的部件形成介于第一部件和第二部件之間的實(shí)施例，使得第一部件和第二部件可能不直接接觸。另外，本公開可在各個實(shí)例中重復(fù)參照數(shù)字和/或字母。該重復(fù)是為了簡明和清楚，而且其本身沒有規(guī)定所述各種實(shí)施例和/或結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。另外，為了描述的方便，本文中可以使用空間相對位置的術(shù)語例如“在...下面”、“在...之下”“下方”、“在...之上”、“上方”等來描述附圖中示出的一個元件或部件與另一個元件或部件的關(guān)系。空間相對位置的術(shù)語是為了覆蓋在使用中的或運(yùn)行中的器件的不同方位，除了附圖中所示出的方位。例如，如果將附圖中的器件反轉(zhuǎn)過來，被描述成在其他元件或部件“之下”或“下面”的元件則可以被定位成在其他元件或部件的“之上”。因此，示例性的術(shù)語“在...之下”可以包括在...之上方位和在...之下方位兩者?？梢詫⒀b置以其他方式轉(zhuǎn)向(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位)，因此本文中使用的空間相對位置描述詞可以同樣地進(jìn)行相應(yīng)的解釋。圖I是根據(jù)本公開的各個方面的圖像傳感器器件100的頂視圖。在所描述的實(shí)施例中，圖像傳感器器件是背部照明(BSI)圖像傳感器器件。圖像傳感器器件100包括像素110的陣列。將每個像素110布置在列(例如Cl到Cx)和行(例如Rl到Ry)中。術(shù)語“像素”是指包括部件(例如光檢測器和各種可能包括各種半導(dǎo)體器件的電路)的，用于將電磁輻射轉(zhuǎn)化成電信號的元胞。像素110可以包括光電二極管，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)、圖像傳感器，電荷耦合器件(CCD)傳感器，有源器件，無源器件，和/或其他器件。因此，像素110可以包括傳統(tǒng)的和/或?qū)戆l(fā)展的圖像傳感器器件。可以將像素110設(shè)計(jì)成具有各種傳感器類型。例如，一組像素110可以是CMOS圖像傳感器而另一組像素110可以是無源傳感器。而且，像素110可以包括彩色圖像傳感器和/或單色圖像傳感器。在一個實(shí)例中，每個像素110都是有源像素傳感器，例如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)成像像素。在所描述的實(shí)施例中，每個像素110可以包括光檢測器，例如光電門型光檢測器，用于記錄光(輻射)的強(qiáng)度或亮度。每個像素110也可以包括各種半導(dǎo)體器件，例如各種晶體管，包括轉(zhuǎn)移晶體管，復(fù)位晶體管，源極跟隨器晶體管，選擇性晶體管，其他合適的晶體管，或其組合。可以使附加的電路，輸入端，和/或輸出端與像素陣列連接從而為像素110提供運(yùn)行環(huán)境和支持與像素110的外部通信。例如，像素陣列可以與讀出電路和/或控制電路連接。為了簡化，在本公開中描述包括單個像素的圖像傳感器器件；然而，通常一個陣列的這種像素可以形成圖I中示出的圖像傳感器器件100。
圖2是根據(jù)本公開的各個方面的集成電路器件200的實(shí)施例的示意性截面?zhèn)纫晥D。在所描述的實(shí)施例中，集成電路器件200包括背部照明(BSI)圖像傳感器器件。集成電路器件200可以包括集成電路(IC)芯片，片上系統(tǒng)(SoC)，或其部分，其包括各種無源和有源微電子元件，例如電阻器，電容器，電感器，二極管，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，互補(bǔ)MOS (CMOS)晶體管，雙極結(jié)晶體管(BJT)，橫向擴(kuò)散MOS (LDMOS)晶體管，高功率MOS晶體管，鰭狀場效應(yīng)晶體管(FinFET)，其他合適的元件，或其組合。為了簡明以更好地理解本公開的發(fā)明構(gòu)思簡化了圖2?？梢栽诩呻娐菲骷?00中加入附加的部件，而且對于集成電路器件200的其他實(shí)施例，可以替換或刪除一些以下描述的部件。集成電路器件200包括襯底202，襯底202具有前表面204和后表面206。在所描述的實(shí)施例中，襯底202是包括硅的半導(dǎo)體襯底?？蛇x地或額外地，襯底202包括其他元素的半導(dǎo)體，例如鍺和/或金剛石；化合物半導(dǎo)體，包括碳化硅，砷化鎵，磷化鎵，磷化銦，砷化銦，和 / 或銻化銦；和合金半導(dǎo)體,包括 SiGe, GaAsP，AlInAs, AlGaAs, GaInAs, GaInP,/或GaInAsP ;或其組合。襯底202可以是絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)。襯底202可以包括摻雜的外延層，梯度的半導(dǎo)體層，和/或覆蓋另一個不同類型的半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層，例如硅鍺層上的娃層。取決于集成電路器件200的設(shè)計(jì)需求，襯底可以是P-型襯底或n-型襯底。在所描述的實(shí)施例中，襯底202是P-型襯底。用于摻雜襯底202的P-型摻雜劑包括硼，鎵，銦，其他合適的P-型摻雜劑，或其組合。由于所述的集成電路器件200包括P-型摻雜的襯底，理解以下描述的摻雜配置時應(yīng)該與P-型摻雜的襯底保持一致。集成電路器件200可以可選地包括n-型摻雜的襯底，在這種情況下，理解以下描述的摻雜配置時應(yīng)該與n-型摻雜的襯底保持一致(例如，理解具有相反的導(dǎo)電性的摻雜配置時)。襯底202可以摻雜的n-型摻雜劑包括磷，砷，其他合適的n-型摻雜劑，或其組合。P-型襯底202可以包括各種P-型摻雜區(qū)域和/或n-型摻雜區(qū)域。在各個步驟和技術(shù)中可以使用例如離子注入方法或擴(kuò)散方法實(shí)施摻雜。襯底202包括隔離部件208，例如硅的局部氧化(LOCOS)和/或淺溝槽隔離(STI)，以分離(或隔離)形成在襯底202上或內(nèi)的各種區(qū)域和/或器件。例如，隔離部件208使傳感器元件210與鄰近的傳感器元件隔離。在所描述的實(shí)施例中，隔離部件208是STIs。隔離部件208包括氧化硅，氮化硅，氮氧化硅，其他合適的材料，或其組合。隔離部件208通過任何合適的方法形成。例如，形成STI包括光刻方法，在襯底中蝕刻溝槽(例如，通過使用干法蝕刻和/或濕法蝕刻)，和用介電材料填充溝槽(例如，通過使用化學(xué)氣相沉積方法)。填充的溝槽可能具有多層結(jié)構(gòu)，例如填充了氮化硅或氧化硅的熱氧化襯墊層。如上所述，集成電路器件200包括傳感器元件(或傳感器像素210)。傳感器元件210檢測輻射的強(qiáng)度(亮度)，例如射向襯底202的后表面206的入射輻射(光線)212。在所描述的實(shí)施例中，入射輻射212是可見光?？蛇x地，輻射212可以是紅外線(IR)，紫外線(UV)，X-射線，微波，其他合適的輻射類型，或其組合?？梢詫鞲衅髟?10配置成響應(yīng)特定的光波長，例如紅光，綠光，或藍(lán)光波長。換句話說，可以將傳感器元件210配置成檢測特定光波長的強(qiáng)度(亮度)。在所描述的實(shí)施例中，傳感器元件210是像素，其可以是像素陣列，例如圖I示出的像素陣列。
在所描述的實(shí)施例中，傳感器兀件210包括光檢測器,例如光電二極管,其包括光線感應(yīng)區(qū)域(或光感應(yīng)區(qū)域)214，固定層216，和固定層218。光線感應(yīng)區(qū)域(或光感應(yīng)區(qū)域)214是摻雜區(qū)域，其具有形成在襯底202中的n-型摻雜劑和/或p-型摻雜劑，尤其是沿著襯底202的前表面204。在所描述的實(shí)施例中，光線感應(yīng)區(qū)域214是n-型摻雜區(qū)域。通過例如擴(kuò)散和/或離子注入的方法形成光線感應(yīng)區(qū)域214。將固定層216和218設(shè)置在襯底202中，使得光線感應(yīng)區(qū)域214設(shè)置在固定層216和固定層218之間。固定層216設(shè)置在襯底202的前表面204上，而固定層218設(shè)置在襯底202的后表面206上。固定層216和218是摻雜層。例如,在所描述的實(shí)施例中，固定層216和218是p-型注入層。傳感器兀件210還包括各種晶體管，例如與轉(zhuǎn)移柵極220相關(guān)的轉(zhuǎn)移晶體管，與復(fù)位柵極222相關(guān)的復(fù)位晶體管，源極跟隨器晶體管(未示出)，選擇性晶體管(未示出)，其他合適的晶體管，或其組合。光線感應(yīng)區(qū)域214和各種晶體管(可以整體稱為像素電路)使得傳感器元件210可以檢測特定光波長的強(qiáng)度?？梢詾閭鞲衅髟?10提供附加的電路，輸入端，和/或輸出端從而為傳感器元件210提供運(yùn)行環(huán)境和/或支持傳感器元件210的通信。轉(zhuǎn)移柵極220和復(fù)位柵極222設(shè)置在襯底202的前表面204的上方。轉(zhuǎn)移柵極220介于襯底202的源極/漏極區(qū)域224和光線感應(yīng)區(qū)域214之間，使得溝道限定在源極/漏極區(qū)域224和光線感應(yīng)區(qū)域214之間。復(fù)位柵極222介于襯底202的源極/漏極區(qū)域224之間，使得溝道限定在兩個源極/漏極區(qū)域224之間。在所描述的實(shí)施例中，源極/漏極區(qū)域224是N+源極/漏極擴(kuò)散區(qū)域。源極/漏極區(qū)域224可以稱為浮動擴(kuò)散區(qū)域。轉(zhuǎn)移柵極220和復(fù)位柵極222可以包括具有柵極介電層和柵極電極的柵極堆疊。柵極介電層包括介電材料，例如氧化硅，高-k介電材料，其他合適的介電材料，或其組合。高_(dá)k介電材料的實(shí)例包括HfO2, HfSiO, HfSiON, HfTaO, HfTiO, HfZrO,氧化鋯，氧化鋁，二氧化鉿-氧化招(HfO2-Al2O3)合金，其他合適的高_(dá)k介電材料,或其組合。柵極電極包括多晶硅和 / 或金屬，包括 Al，Cu, Ti，W，Mo, TaN，NiSi，CoSi，TiN, WN, TiAl，TiAlN, TaCN，TaC,TaSiN，其他導(dǎo)電材料，或其組合。柵極堆疊可以包括許多其他層，例如，覆蓋層，界面層，擴(kuò)散層，阻擋層，或其組合。轉(zhuǎn)移柵極220和復(fù)位柵極222可以包括設(shè)置在柵極堆疊的側(cè)壁上的間隔。間隔包括介電材料，例如氮化硅，氮氧化硅，其他合適的材料，或其組合。間隔可以包括多層結(jié)構(gòu)，例如包含氮化硅層和氧化硅層的多層結(jié)構(gòu)。通過合適的方法形成柵極220和222，包括沉積，光刻圖案化，和蝕刻方法。
集成電路器件200還包括設(shè)置在襯底202的前表面204上方的多層互連(MLI) 230，包括在傳感器元件210的上方。MLI230與BSI圖像傳感器器件的各種元件連接，例如傳感器元件220，使得BSI圖像傳感器器件的各種元件可操作地適當(dāng)?shù)仨憫?yīng)照明光(成像輻射)。MLI230包括各種導(dǎo)電部件，其可以是垂直的互連，例如接觸232和/或通孔234，和/或水平的互連，例如線236。各個導(dǎo)電部件232，234，和236可以包括導(dǎo)電材料，例如金屬。在實(shí)施例中，可以使用金屬，包括鋁，鋁/硅/銅合金，鈦，氮化鈦，鎢，多晶硅，金屬硅化物，或其組合，以及可以將各個導(dǎo)電部件232，234，和236稱為鋁互連。可以通過包括物理氣相沉積(PVD)，化學(xué)氣相沉積(CVD)，或其組合的方法形成鋁互連。其他形成各個導(dǎo)電部件232，234，和236的生產(chǎn)技術(shù)可以包括光刻工藝和蝕刻以圖案化導(dǎo)電材料從而形成垂直的和水平的連接。也可以實(shí)施其他生產(chǎn)工藝以形成MLI230，例如形成金屬硅化物的熱退火方法。多層互連中使用的金屬硅化物可以包括硅化鎳，硅化鈷，硅化鎢，硅化鉭，硅化鈦，硅化鉬，硅化鉺，硅化鈀，或其組合?？蛇x地，各個導(dǎo)電部件232，234，和236可以是銅多層互 連，其包括銅，銅合金，鈦，氮化鈦，鉭，氮化鉭，鎢，多晶硅，金屬硅化物，或其組合。可以通過包括PVD，CVD，或其組合的工藝形成銅互連?？梢岳斫?，MLI230不受到所述導(dǎo)電部件232，234，和236的數(shù)量，材料，大小，和/或尺寸的限制，因此，取決于集成電路器件200的設(shè)計(jì)需求，MLI230可以包括任何數(shù)量,材料,大小,和/或尺寸的導(dǎo)電部件。MLI230的各個導(dǎo)電部件232，234，和236設(shè)置在層間(或inter-level)介電(ILD)層240中。ILD層240可以包括二氧化硅，氮化硅，氮氧化硅，TEOS氧化物，磷硅酸鹽玻璃(PSG)，硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)，氟硅玻璃(FSG)，碳摻雜的氧化硅，Black Diamond8(Applied Materials of Santa Clara,加利福利亞)，干凝膠,氣凝膠,非晶氟化碳,聚對二甲苯，BCB (二-苯并環(huán)丁烯)，SiLK(陶氏化學(xué)，米德蘭，密歇根)，聚酰亞胺，其他合適的材料，或其組合。ILD層240可以具有多層結(jié)構(gòu)。ILD層240可以通過包括旋涂，CVD，濺射的技術(shù)，或其他合適的工藝形成。在實(shí)施例中，MLI230和ILD240可以在包括鑲嵌工藝的集成工藝中形成，例如雙鑲嵌工藝或單鑲嵌工藝。載具晶圓250設(shè)置在襯底202的前表面204的上方。在所描述的實(shí)施例中，載具晶圓250與MLI230接合。載具晶圓250包括硅。可選地，載具晶圓250包括另一個合適的材料，例如玻璃。載具晶圓250為形成在襯底202的前表面204上的各個部件(例如傳感器元件210)提供保護(hù)，而且也為加工處理襯底202的后表面206提供機(jī)械強(qiáng)度和支持。集成電路器件200還包括設(shè)置在襯底202的后表面206上方的部件。在所描述的實(shí)施例中，集成電路器件200包括設(shè)置在襯底202的后表面206上方的抗反射層260，濾色器270，和透鏡275?？狗瓷鋵?60設(shè)置在襯底202的后表面206和濾色器270之間?？狗瓷鋵?60包括介電材料，例如氮化硅或氮氧化硅。設(shè)置在襯底202的后表面206上方的濾色器270與傳感器元件210的光感應(yīng)區(qū)域214是對齊的。在所描述的實(shí)施例中，濾色器270設(shè)置在抗反射層260的上方。設(shè)計(jì)濾色器270使得其透過預(yù)定波長的光。例如，濾色器270可以透過紅波長，綠波長，或藍(lán)波長的可見光給傳感器元件210。濾色器270包括任何合適的材料。在實(shí)例中，濾色器270包括基于染料(或基于色素)的聚合物，用于過濾特定頻帶(例如，所需的光波長)。可選地，濾色器270可以包括樹脂或其他具有彩色色素的有機(jī)基質(zhì)材料。設(shè)置在襯底202的后表面206上方的透鏡275也與傳感器元件210的光感應(yīng)區(qū)域214對齊。在描述的實(shí)施例中，透鏡275設(shè)置在濾色器270的上方。透鏡275可以與傳感器元件210和濾色器270處于各種位置排列，使得透鏡275將入射輻射212聚焦到傳感器元件210的光感應(yīng)區(qū)域214上。透鏡275包括合適的材料，而且可以具有各種形狀和尺寸，取決于透鏡所使用的材料的折射指數(shù)和/或透鏡與傳感器元件210之間的距離?？蛇x地，彩色過濾片層270和透鏡層275的位置可以互換，使得透鏡275設(shè)置在抗反射層260和濾色器270之間。本公開也考慮將具有濾色器層的集成電路器件200設(shè)置在透鏡層之間。在工作中，也將集成電路器件200設(shè)計(jì)成接收射向襯底202的后表面206的輻射212。透鏡層275將入射輻射212導(dǎo)向?yàn)V色器270。然后光穿過濾色器270，穿過抗反射層260到達(dá)襯底202和相應(yīng)的傳感器元件210，尤其是到達(dá)光感應(yīng)區(qū)域214。由于光沒有受到覆蓋在襯底202的前表面204上的各種器件部件(例如，柵極電極)和/或金屬部件(例如，MLI230的導(dǎo)電部件232，234，和236)的阻擋，因此穿過到達(dá)濾色器270和傳感器元件210的光可以被最大化。可以允許所需的光波長(例如，紅，綠，和藍(lán)光)穿過到達(dá)傳感器元件210的光感應(yīng)區(qū)域214。當(dāng)置于光下時，傳感器元件210的光感應(yīng)區(qū)域214產(chǎn)生和積聚(收集)電子，只要與轉(zhuǎn)移柵極220相關(guān)的轉(zhuǎn)移晶體管處于“關(guān)閉”狀態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)移柵極220處于“打開”狀態(tài)，積聚到的電子(電荷)可以傳輸?shù)皆礃O/漏極區(qū)域(浮動擴(kuò)散區(qū)域)224。源極跟隨器晶體管(未示出)可以將電荷轉(zhuǎn)化成電壓信號。在電荷傳輸之前，可以通過打開與復(fù)位柵極222相關(guān)的復(fù)位晶體管將源極/漏極區(qū)域224設(shè)置到預(yù)定電壓。在所描述的實(shí)施例中，固定層216和218可以具有相同的電勢，例如襯底202的電勢，使得光感應(yīng)區(qū)域214在釘扎電壓(Vpin)下完全耗盡而且當(dāng)光感應(yīng)區(qū)域214被完全耗盡時，傳感器元件210的電勢被固定到恒定值VPIN。另外，沿著襯底202的后表面206的固定層218可以減少其中形成了光感應(yīng)區(qū)域214的襯底202的各種缺陷，從而降低暗電流和/或減少白像素的產(chǎn)生。圖3是集成電路300的示意性截面?zhèn)纫晥D，集成電路300是圖2的集成電路器件200的可替換實(shí)施例。圖3的實(shí)施例在許多方面與圖2的實(shí)施例相同。例如，在所描述的實(shí)施例中，集成電路器件300包括BSI圖像傳感器器件。相應(yīng)地，為了清楚和簡明，用相同的參照數(shù)字標(biāo)識圖2和圖3中的相同部件。為了簡明以更好地理解本公開的發(fā)明構(gòu)思，簡化了圖3?？梢詫⒏郊拥牟考尤氲郊呻娐菲骷?00中，而且對于集成電路器件300的其他實(shí)施例，可以替換或刪除一些以下描述的部件。與圖2的集成電路器件200相比，集成電路器件300不含有固定層218，而且還包括設(shè)置在襯底202的后表面206上方的透明導(dǎo)電層280。在所描述的實(shí)施例中，透明的導(dǎo)電層280設(shè)置在抗反射(介電層)260和濾色器270/透鏡275之間。透明的導(dǎo)電層280基本上是透明的并且基本上是導(dǎo)電的?？梢苑謩e通過對可見光譜中的輻射的傳輸速率和薄層電阻來測量透明導(dǎo)電層280的透明度和導(dǎo)電程度。在實(shí)例中，透明導(dǎo)電層280包括氧化銦錫(ITO)材料。在另一個實(shí)例中，透明導(dǎo)電層280包括氧化銦鎵鋅(IGZO)材料。透明導(dǎo)電層280可以包括其他合適的材料，例如氧化氟鋅(FZO)材料和/或氧化鋁鋅(AZO)材料，包括各種透明導(dǎo)電材料的組合物。在另一個實(shí)施例中，透明導(dǎo)電層對可見光譜中的輻射的傳輸速率大于或等于約80%，和/或電阻率小于或等于約I X 1(T4歐姆每厘米。在所描述的實(shí)施例中，抗反射層260的厚度是約100人到約IOOOA，而且透明導(dǎo)電層280的厚度是約IOOnm到約300nm。透明導(dǎo)電層280與傳感器元件210電容耦合。因此透明導(dǎo)電層280可以為襯底202、的后表面206上的信號電荷提供合理的高電勢，尤其是與傳感器元件210的光感應(yīng)區(qū)域214對齊的襯底202的后表面206。這樣就可以不需要在襯底202的后表面206上設(shè)置固定層218，在圖2的集成電路器件200的傳感器元件210中提供了固定層218。在實(shí)例中，配置透明導(dǎo)電層280使得其與傳感器元件210電連接。更具體地說，配置透明導(dǎo)電層280使得其與光感應(yīng)區(qū)域214的底部(換句話說，與光感應(yīng)區(qū)域214中離襯底202的后表面206最近的部分)電連接。電連接可以提高處于傳感器元件210底部的電場，其改進(jìn)電荷傳輸能力。盡管可以使用更厚的襯底202(例如在圖2的集成電路器件200中)以改進(jìn)長波長的量子效率(其中可見的輻射區(qū)域是從約0. 4 y m到約0. 6 y m而且吸收波長是約0. I y m到 約10 y m)，圖2的集成電路器件200提供足夠的比將襯底202 (在所描述的實(shí)施例中，是硅襯底)中產(chǎn)生的電子傳輸?shù)睫D(zhuǎn)移柵極220(而且最終，傳輸?shù)皆礃O/漏極區(qū)域224)所需的電動力低的電動力。相比之下，集成電路器件300包括透明導(dǎo)電層280，其可以代替處于集成電路器件200的襯底202的后表面的固定層218，并且提供合理的高電勢以改進(jìn)電荷傳輸能力。在工作中，可以將集成電路器件300的透明導(dǎo)電層280接地或偏置以完成傳感器元件210的各種工作狀態(tài)。圖4A-圖4C示出了集成電路器件300的傳感器元件210的工作方式，其中將透明導(dǎo)電層280接地。圖4A是根據(jù)本公開的各個方面的，集成電路器件300的復(fù)合示意性截面?zhèn)纫晥D/電路圖。圖4B是當(dāng)透明導(dǎo)電層280在工作期間接地時，傳感器元件210在集成期間(當(dāng)光感應(yīng)區(qū)域214積聚電荷時)的電勢圖，而圖4C是當(dāng)透明導(dǎo)電層280在工作期間接地時，傳感器元件210的工作定時圖。在圖4A中，將集成電路器件300翻轉(zhuǎn)，使得前表面204在頂部而后表面206在底部。為了簡明以更好地理解本公開的發(fā)明構(gòu)思，省略了襯底202的各個部件。例如，圖4A中沒有示出MLI230，ILD240，濾色器270，和透鏡275。在所描述的實(shí)施例中，集成電路器件300包括與轉(zhuǎn)移柵極220相關(guān)的轉(zhuǎn)移晶體管(TG)，與復(fù)位柵極222相關(guān)的復(fù)位晶體管(RS)，源極跟隨器晶體管(SF)，和選擇性晶體管(SEL)。設(shè)置在轉(zhuǎn)移柵極220和復(fù)位柵極222之間的源極/漏極區(qū)域224是浮動擴(kuò)散(FD)節(jié)點(diǎn)。FD節(jié)點(diǎn)(復(fù)位晶體管和轉(zhuǎn)移晶體管的源極/漏極區(qū)域224之一)與源極跟隨器晶體管的柵極連接，而復(fù)位晶體管的其他源極/漏極區(qū)域224與源極跟隨器源極/漏極連接。另一個源極跟隨器源極/漏極與選擇性晶體管源極/漏極連接，而另一個選擇性晶體管源極/漏極與列輸出線(列總線)連接。在工作過程中，參考圖4A-圖4C，透明導(dǎo)電層280是接地的(GND)。復(fù)位晶體管連接在導(dǎo)電軌(Vdd)和浮動擴(kuò)散(FD)節(jié)點(diǎn)(源極/漏極區(qū)域224)之間，其具有電壓VFD。在轉(zhuǎn)移晶體管打開之前，例如，在圖4C中的時間U1)之前，復(fù)位晶體管可以導(dǎo)致FD復(fù)位。當(dāng)復(fù)位晶體管接收復(fù)位信號(Oks)時，復(fù)位晶體管導(dǎo)致FD復(fù)位，換句話說，導(dǎo)致電子流入FD (源極/漏極區(qū)域224)從而將Vfd設(shè)置到預(yù)定電壓，例如VKS。復(fù)位電壓Vks可以是Vdd。當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管接收傳輸信號(Otc)時，轉(zhuǎn)移晶體管處于“打開”狀態(tài)(在圖4C中的時間U1)和時間(t2)之間)而且將光感應(yīng)區(qū)域214積聚的電荷傳輸?shù)紽D(源極/漏極區(qū)域224)。FD節(jié)點(diǎn)可以與附加的用于暫時儲存電荷的儲能電容器連接。源極跟隨器晶體管連接在Vdd和選擇性晶體管之間，而且在工作期間，F(xiàn)D(其與源極跟隨器晶體管連接)可以通過源極跟隨器信號(Osf)控制源極跟隨器晶體管。可以將選擇性信號(Osa)應(yīng)用給選擇性晶體管以連接傳感器元件210的輸出端和列輸出線。在集成期間，當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管回到“關(guān)閉”狀態(tài)時(在圖4C中的t2之后)，傳感器元件210接收光并且在光感應(yīng)區(qū)域214積聚產(chǎn)生光的電荷載體(電子)。光感應(yīng)區(qū)域214的充電能力與固定電勢(Vpin) —致，Vpin是傳感器元件210的最高應(yīng)用電壓，而且傳感器兀件210的電壓用Vpix表不。圖5A-圖5C示出集成電路器件300的傳感器元件210的另一個工作方式，其中透明導(dǎo)電層280是偏置的。圖5A是根據(jù)本公開的各個方面的集成電路器件300的復(fù)合示意性截面?zhèn)纫晥D/電路圖。圖5B是當(dāng)透明導(dǎo)電層在工作期間偏置時，傳感器元件210在集成期間(當(dāng)光感應(yīng)區(qū)域214積聚電荷時)的電勢圖，而圖5C是當(dāng)透明導(dǎo)電層280在工作期間偏置時，傳感器元件210的工作定時圖。除了透明導(dǎo)電層280在工作期間偏置以外，圖4A-圖4C的實(shí)施例在許多方面與圖5A-圖5C的實(shí)施例相同。更具體地說，當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管處于“打開”狀態(tài)時，透明導(dǎo)電層280是反向偏置的。反向偏置的透明導(dǎo)電層280提供較強(qiáng)的電場，因此傳輸器元件210的光感應(yīng)區(qū)域214中積聚的電荷上具有較強(qiáng)的電動力，從而在轉(zhuǎn)移晶 體管打開時改進(jìn)電荷傳輸。圖6根據(jù)本公開的實(shí)施例提供集成電路器件300的頂視圖。在頂視圖中，集成電路器件300包括傳感器元件210。傳感器元件210形成像素陣列，例如圖I的像素陣列，其中將每個傳感器元件210布置在列(例如，Cl到Cx)和行(例如Rl到Ry)中。在所描述的實(shí)施例中，透明導(dǎo)電層280覆蓋整個像素陣列，而且透明導(dǎo)電層280是接地的。因此每個傳感器元件210可以按照關(guān)于圖4A-圖4C所描述的傳感器元件210運(yùn)行。圖7根據(jù)本公開的另一個實(shí)施例提供集成電路器件300的頂視圖。在頂視圖中，集成電路器件300包括傳感器元件210。傳感器元件210形成像素陣列，例如圖I的像素陣列，其中將每個傳感器元件210布置在列(例如，Cl到Cx)和行(例如Rl到Ry)中。在所描述的實(shí)施例中，透明導(dǎo)電層280覆蓋每一行傳感器元件210。因此，透明導(dǎo)電層280包括多層，其中將每層設(shè)置在像素陣列中一行給定的傳感器兀件210上方。在又一個描述的實(shí)施例中，每一行中的透明導(dǎo)電層280都在給定的時間(t)偏置。因此每個傳感器元件210可以按照關(guān)于圖5A-圖5C所描述的傳感器元件210運(yùn)行。本公開提供了許多不同的實(shí)施例。例如，包括襯底的圖像傳感器器件，襯底具有前表面和后表面；設(shè)置在襯底的前表面的傳感器元件，傳感器元件可操作地感應(yīng)投射到襯底后表面上的輻射；和設(shè)置在襯底的后表面上方的透明導(dǎo)電層，透明導(dǎo)電層至少部分地覆蓋傳感器元件。配置透明導(dǎo)電層使其與傳感器元件的底部電連接。在實(shí)例中，透明導(dǎo)電層包括氧化銦錫(ITO)材料和/或氧化銦鎵鋅(IGZO)材料。介電層可以設(shè)置在襯底的后表面和透明導(dǎo)電層之間。傳感器元件可以包括設(shè)置在襯底中的第一摻雜劑類型的光感應(yīng)區(qū)域和鄰近光感應(yīng)區(qū)域的第二摻雜類型的固定層，固定層設(shè)置在襯底的前表面。第一摻雜劑類型與第二摻雜劑類型相反。在實(shí)例中，傳感器元件不具有另一個鄰近感光區(qū)域的和設(shè)置在襯底的后表面的具有第二摻雜劑類型的固定層。圖像傳感器器件可以還包括具有轉(zhuǎn)移柵極的轉(zhuǎn)移晶體管，轉(zhuǎn)移柵極設(shè)置在襯底的前表面上方，其中轉(zhuǎn)移柵極介于襯底中的第一源極/漏極區(qū)域和傳感器元件之間；而且復(fù)位晶體管具有設(shè)置在襯底的前表面上方的復(fù)位柵極，其中復(fù)位柵極介于襯底中的第一源極/漏極區(qū)域和襯底中的第二源極/漏極區(qū)域之間。圖像傳感器器件可以還包括具有源極跟隨器柵極，第一源極跟隨器源極/漏極區(qū)域，和第二源極跟隨器源極/漏極區(qū)域的源極跟隨器晶體管，其中源極跟隨器柵極與第一源極/漏極區(qū)域連接并且第一源極跟隨器源極/漏極區(qū)域與第二源極/漏極區(qū)域連接；和具有與第二源極跟隨器源極/漏極區(qū)域連接的選擇性源極/漏極區(qū)域的選擇性晶體管。圖像傳感器器件可以還包括設(shè)置在透明導(dǎo)電層上方的濾色器，和設(shè)置在濾色器上方的透鏡，其中濾色器和透鏡與傳感器元件的光感應(yīng)區(qū)域?qū)R。在另一個實(shí)例中，圖像傳感器器件包括具有前表面和后表面的襯底；圖像陣列，該圖像陣列包括多個設(shè)置在襯底的前表面的像素，像素陣列可操作地感應(yīng)投射到襯底的后表面的輻射；和設(shè)置在襯底的后表面上方的透明導(dǎo)電層，其中透明導(dǎo)電層與像素陣列電容耦合。在實(shí)例中，多個像素排列成行和列，從而形成像素陣列，而且透明導(dǎo)電層設(shè)置在像素陣列的上方。在另一個實(shí)例中，多個像素排列成行和列，從而形成像素陣列，而且透明導(dǎo)電層設(shè)置在每一行像素陣列上方。
每個像素可以包括光電二極管和轉(zhuǎn)移晶體管，其中將光電二極管配置成檢測輻射和積聚響應(yīng)檢測輻射的信號電荷并且將轉(zhuǎn)移晶體管配置成移動光電二極管中積聚的信號電荷。每個像素可以還包括復(fù)位晶體管，源極跟隨器晶體管，和選擇性晶體管。透明導(dǎo)電層可以包括氧化銦錫(ITO)和氧化銦鎵鋅(IGZO)之一。圖像傳感器器件可以包括設(shè)置在襯底的后表面和透明導(dǎo)電層之間的介電層。在又一個實(shí)例中，方法包括提供具有前表面和后表面的襯底；在襯底的前表面形成光感應(yīng)區(qū)域；以及在襯底的后表面上方形成至少部分地覆蓋傳感器元件的透明導(dǎo)電層，使得透明導(dǎo)電層與傳感器元件的底部電容耦合。透明導(dǎo)電層可以包括氧化銦錫(ITO)和/或氧化銦鎵鋅(IGZO)。方法可以還包括形成位于襯底的前表面上方的轉(zhuǎn)移柵極，其中轉(zhuǎn)移柵極介于襯底中的光感應(yīng)區(qū)域和浮動擴(kuò)散區(qū)域之間。上面論述了若干實(shí)施例的部件，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的各個方面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)或更改其他用于達(dá)到與這里所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的處理和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也應(yīng)該意識到，這種等效構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行多種變化、替換以及改變。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器器件，包括 具有如表面和后表面的襯底； 設(shè)置在所述襯底的所述前表面的傳感器元件，所述傳感器元件可操作地感測投射到所述襯底的所述后表面上的輻射；以及 設(shè)置在所述襯底的所述后表面上方的透明導(dǎo)電層，所述透明導(dǎo)電層至少部分地覆蓋所述傳感器元件并且所述透明導(dǎo)電層配置成與所述傳感器元件的底部電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圖像傳感器器件，其中所述透明導(dǎo)電層包括氧化銦錫(ITO)材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圖像傳感器器件，其中所述透明導(dǎo)電層包括氧化銦鎵鋅(IGZO)材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圖像傳感器器件，還包括設(shè)置在所述襯底的所述后表面和所述透明導(dǎo)電層之間的介電層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圖像傳感器器件，其中所述傳感器元件包括設(shè)置在所述襯底中的第一摻雜劑類型的感光區(qū)域和鄰近所述感光區(qū)域的第二摻雜劑類型的固定層，所述固定層設(shè)置在所述襯底的所述前表面，其中所述第一摻雜劑類型與所述第二摻雜劑類型相反。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器器件，其中所述傳感器元件不包括鄰近所述感光區(qū)域的并且設(shè)置在所述襯底的所述后表面上的另一個第二摻雜劑類型的固定層。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圖像傳感器器件還包括 具有轉(zhuǎn)移柵極的轉(zhuǎn)移晶體管，所述轉(zhuǎn)移晶體管設(shè)置在所述襯底的所述前表面上方，其中所述轉(zhuǎn)移柵極介于所述襯底中的第一源極/漏極區(qū)域和所述傳感器元件之間；以及具有復(fù)位柵極的復(fù)位晶體管，所述復(fù)位晶體管設(shè)置在所述襯底的所述前表面上方，其中所述復(fù)位柵極介于所述襯底中的所述第一源極/漏極區(qū)域和所述襯底中的第二源極/漏極區(qū)域之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像傳感器器件還包括 具有源極跟隨器柵極，第一源極跟隨器源極/漏極區(qū)域，和第二源極跟隨器源極/漏極區(qū)域的源極跟隨器晶體管，其中所述源極跟隨器柵極與所述第一源極/漏極區(qū)域連接并且所述第一源極跟隨器源極/漏極區(qū)域與所述第二源極/漏極區(qū)域連接；以及 選擇晶體管，所述選擇晶體管的選擇源極/漏極區(qū)域與所述第二源極跟隨器源極/漏極區(qū)域連接。
9.一種圖像傳感器器件包括 具有如表面和后表面的襯底； 像素陣列，所述像素陣列包括多個設(shè)置在所述襯底的所述前表面上的像素，所述像素陣列可操作性地感測投射到所述襯底的所述后表面上的輻射；以及 設(shè)置在所述襯底的所述后表面上的透明導(dǎo)電層，其中所述透明導(dǎo)電層與所述像素陣列電容耦合。
10.一種方法，包括 提供具有如表面和后表面的襯底； 在所述襯底的所述前表面形成感光區(qū)域；以及形成位于所述襯底的所述后表面上并且至少部分地覆蓋所述傳感器元件的透明導(dǎo)電 層，使得所述透明導(dǎo)電層與所述傳感器元件的底部電容耦合。
全文摘要
本公開提供一種圖像傳感器器件和形成圖像傳感器器件的方法。在實(shí)例中，圖像傳感器元件包括具有前表面和后表面的襯底；設(shè)置在襯底的前表面上的傳感器元件，傳感器元件可操作性地感應(yīng)投射到襯底的后表面上的輻射；和設(shè)置在襯底的后表面上的透明導(dǎo)電層，透明導(dǎo)電層至少部分地覆蓋傳感器元件。將透明導(dǎo)電層設(shè)置成與傳感器元件的底部電連接。
文檔編號H01L27/146GK102637701SQ20111021830
公開日2012年8月15日 申請日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月14日
發(fā)明者劉人誠, 楊敦年, 陳保同, 陳思瑩 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司