專利名稱:圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及傳感器,特別涉及圖像傳感器及其制造方法。
技術(shù)背景圖像傳感器是用于將由該圖像傳感器檢測到的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號的半導(dǎo)體器件。圖像傳感器可以分類為電荷耦合器件(CCD)和互補金屬氧化 物半導(dǎo)體(CMOS)。CCD圖像傳感器具有在空間上彼此位置鄰近的多個金屬氧化物硅 (MOS)電容器,并且載荷子存儲于并傳送到上述多個電容器中。CMOS圖像傳感器可具有與半導(dǎo)體器件的像素對應(yīng)的多個MOS晶體管, 該半導(dǎo)體器件具有作為外圍電路的控制電路和信號處理電路??蓪⒃摽刂齐?路和信號處理單元或稱信號處理電路集成在一起,以使用經(jīng)MOS晶體管檢 測輸出的切換方式??梢栽诖怪狈较蚺渲么怪眻D像傳感器,該垂直圖像傳感器被構(gòu)造成具有 能夠感應(yīng)紅色、綠色、和藍色光的光接收區(qū)域,從而實現(xiàn)約為水平圖像傳感 器的圖像質(zhì)量的3倍高的圖像質(zhì)量。該垂直圖像傳感器也能表現(xiàn)各種顏色而 不需要獨立的顏色過濾處理,從而能夠提高生產(chǎn)率和減小產(chǎn)品成本。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及具有改進的圖像質(zhì)量的圖像傳感器。本發(fā)明涉及一種傳感器,包括具有第一光電二極管的第一外延層、形成 在該第一外延層之上和/或上方的第二外延層、及形成在該第二外延層之上和 /或上方的第三外延層,其中該第二外延層具有第二光電二極管和第一插塞, 該第三外延層具有第三光電二極管、第二插塞和隔離層。該第三光電二極管 埋置在該第三外延層中。本發(fā)明還涉及一種圖像傳感器,包括第一外延層,形成在半導(dǎo)體襯底
上方;第一光電二極管,形成在該第一外延層中;第二外延層,形成在該第 一外延層之上和/或上方;第二光電二極管,形成在該第二外延層中;第一插 塞,形成在該第二外延層中;第三外延層,形成在該第二外延層之上和/或上 方;多個隔離層,形成在該第三外延層之上和/或上方,用于分開隔離區(qū)和有 源區(qū);多個第二插塞,形成在該第三外延層中,鄰近于并直接接觸到多個隔 離層中對應(yīng)的一個隔離層;第三光電二極管,形成在該第三外延層中;以及 柵極結(jié)構(gòu),形成在該第三外延層之上。根據(jù)本發(fā)明實施例,該第三光電二極 管的最上表面是暴露的。本發(fā)明還涉及一種用于形成圖像傳感器的方法,其包括以下步驟中的至 少一個步驟在半導(dǎo)體襯底之上和/或上方形成第一外延層;在該第一外延層 中形成第一光電二極管;在包括該第一光電二極管的該第一外延層之上和/ 或上方形成第二外延層;在該第二外延層中形成第二光電二極管;在包括該 第二光電二極管的該第二外延層之上和/或上方形成第三外延層;以及將第三 光電二極管埋置在該第三外延層中。本發(fā)明能夠提高生產(chǎn)率和減小產(chǎn)品成本。
圖1至圖7示出根據(jù)實施例的垂直圖像傳感器。
具體實施方式
進一步,在本發(fā)明實施例的說明中,可以理解的是,當(dāng)稱一個層(或膜)、 區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)是在另一襯底、層(或膜)、區(qū)域、焊盤或圖案"之上(以 上/上方/上面)"或"之下(以下/下方/下面)"時,它可以是直接位于另一 襯底、層(或膜)、區(qū)域、焊盤或圖案之上,或者也可以存在一個或多個中 間層。而且,可以理解的是,當(dāng)稱一個層(或膜)、區(qū)域、圖案、焊盤或結(jié) 構(gòu)是在兩個層(或膜)、區(qū)域、焊盤或圖案"之間"時,它可以是在這兩個 層(或膜)、區(qū)域、焊盤或圖案之間的唯一的一層,或者也可以存在一個或 多個中間層。因此,這應(yīng)根據(jù)本發(fā)明的具體技術(shù)概念來決定。如圖1所示,根據(jù)實施例的垂直圖像傳感器包括形成在半導(dǎo)體襯底1之 上和/或上方的第一外延層2。半導(dǎo)體襯底1可以是P型半導(dǎo)體襯底??蓪 型雜質(zhì)離子例如砷(As)注入第一外延層2,從而形成紅色光電二極管R,隨后,可在各紅色光電二極管之間注入硼離子,從而形成絕緣區(qū)??稍诘谝煌庋訉?之上和/或上方形成第二外延層3 ,然后可將N型雜質(zhì) 離子例如砷注入第二外延層3,從而形成綠色光電二極管G。隨后,可將硼 離子注入各綠色光電二極管之間,從而形成絕緣區(qū)。可將高能離子注入第二 外延層3,從而形成第一插塞5??稍诘诙庋訉?之上和/或上方形成第三外延層4。可在第三外延層4 之上和/或上方形成用于分開隔離區(qū)和有源區(qū)的隔離層6??捎脺\溝槽隔離 (STI)工藝形成隔離層6。隨后,可在第三外延層4之上和/或上方形成柵極結(jié)構(gòu)7??蓪型雜質(zhì) 離子例如砷注入第三外延層4,從而形成藍色光電二極管B??蓪⒏吣茈x子 注入第三外延層4,從而形成第二插塞8。在根據(jù)實施例制造的該垂直圖像傳感器中,可在第三外延層4的表面之 上和/或上方形成藍色光電二極管B,以接收具有短波長的光。因此,藍色光 電二極管B的最上表面可以暴露而不被第三外延層4所覆蓋。對根據(jù)實施例制造的該垂直圖像傳感器進行測試,以確定藍色光電二極 管B對圖像質(zhì)量即輸出圖像的精度有多大影響。結(jié)果是,漏電流會因藍色光 電二極管B而增加,且因此會使得圖像質(zhì)量降低。而且,可這樣配置根據(jù)實施例制造的該圖形傳感器可將第二插塞8形 成為橫向接觸或鄰近隔離層6??赏ㄟ^測試來分析第二插塞8與隔離層6之間的橫向空間接近度或距離 對圖像質(zhì)量的影響。在第一測試中,第二插塞8與隔離層6之間的橫向空間 距離是0.08(im。在第二測試中,第二插塞8與隔離層6之間的橫向空間距離 是U(Him。根據(jù)這些測試發(fā)現(xiàn),隨著該橫向空間距離變小,通過隔離層6的 漏電流即增加,因而圖像質(zhì)量降低。如圖2所示,可在半導(dǎo)體襯底10之上和/或上方形成第一外延層20???將N型雜質(zhì)離子例如砷(As)離子注入第一外延層20,從而形成紅色光電 二極管R。半導(dǎo)體襯底10可以是其中注入了 P型雜質(zhì)離子的P型半導(dǎo)體襯 底。可在第一外延層20之上和/或上方形成第二外延層30??蓪型雜質(zhì)離
子例如砷(As)離子注入第二外延層30,從而形成綠色光電二極管G。第一 插塞50可形成為實質(zhì)上垂直穿過第二外延層30??稍诘诙庋訉?0之上和/或上方形成第三外延層40。可在第三外延層 40中形成用于分開隔離區(qū)和有源區(qū)的多個隔離層60。隔離層60可形成為淺 溝槽隔離(STI)層??稍诔烁綦x層60之外的有源區(qū)之上和/或上方形成藍 色光電二極管B和多個第二插塞80。第二插塞80可形成為實質(zhì)上垂直穿過 第三外延層40??稍跂艠O結(jié)構(gòu)70與隔離層60之間的第三外延層40中形成 藍色光電二極管B。第二插塞80可電連接到第一插塞50。柵極結(jié)構(gòu)70可包 括形成在第三外延層40之上和/或上方的氧化物層和摻雜多晶硅??蓪⑺{色光電二極管B埋置在第三外延層40中,不暴露藍色光電二極 管B的最上表面。可將藍色光電二極管B以大約0.010iim至0.200^im之間的 深度埋置在第三外延層40中。可將藍色光電二極管B埋置在距第三外延層 40的最上表面大約0.08|im的深度處??稍诘谌庋訉?0中形成第二插塞80??蓪⒌诙迦?0與隔離層60 橫向隔開預(yù)定距離??蓪⒌诙迦?0與隔離層60橫向隔開至少大約0.08)im。 可將第二插塞80與隔離層60橫向隔開至少大約l.l(Him。如圖3所示,第一外延層20形成在半導(dǎo)體襯底IO上,例如P型半導(dǎo)體 襯底上。然后可將N型雜質(zhì)離子例如砷(As)離子注入到第一外延層20中, 從而形成紅色光電二極管R,隨后,可將硼離子注入到各紅色光電二極管R 之間,從而形成絕緣區(qū)。如圖4所示,可在第一外延層20之上和/或上方形成第二外延層30。然 后,可將N型雜質(zhì)離子注入到第二外延層30中,從而形成綠色光電二極管 G。隨后,可將硼離子注入到各綠色光電二極管G之間,從而形成絕緣區(qū)。 然后,可將高能離子注入第二外延層30中,從而形成延伸穿過第二外延層 30的第一插塞50。如圖5所示,可在第二外延層30之上和/或上方形成第三外延層40???在第三外延層40之上和/或上方執(zhí)行用于分開隔離區(qū)和有源區(qū)的隔離區(qū)形成 工藝,從而形成多個隔離層60。可用STI工藝形成多個隔離層60。隨后,可 形成氧化物層并可在氧化物層之上沉積摻雜多晶硅71??蓪嵤┕饪坦に囈孕?成柵極結(jié)構(gòu)70,柵極結(jié)構(gòu)70包括經(jīng)過蝕刻留下的氧化物層和多晶硅71。隨 后,可將N型雜質(zhì)離子注入到第三外延層40之上和/或上方,從而在第三外延層40上形成藍色光電二極管B。如圖6所示,可將P型雜質(zhì)離子注入到第三外延層40的表面,從而在 藍色光電二極管B之上和/或上方形成P型覆蓋層41。結(jié)果是,藍色光電二 極管B埋置在第三外延層40的最上表面之下。可將P型覆蓋層41形成為具有距第三外延層40的表面大約O.OlOfim至 0.200pm的厚度??蓪型覆蓋層41形成為具有距第三外延層40的最上表 面大約0.08jim的厚度??赏ㄟ^注入具有高能的N型雜質(zhì)離子,將藍色光電二極管B形成為具有 距第三外延層40的最上表面大約O.OlO(im至0.200|im的厚度。以距第三外 延層40的最上表面大約0.08pm的厚度形成藍色發(fā)光二極管B。如圖7所示,可利用掩模覆蓋隔離層60及其周圍的一部分區(qū)域作為離子 注入掩模,將高能離子注入到第三外延層40中,從而形成鄰近隔離層60的 第二插塞80。上述掩??刹捎么笥诟綦x層60的外沿大約0.08pm或更大的掩 模。根據(jù)實施例,可采用大于約U(Vm的掩模。在說明書中任何地方提及"一個實施例"、"一實施例"、"示例性實 施例"等時,都意味著結(jié)合該實施例描述的特定的特征、結(jié)構(gòu)、或特性包括 在本發(fā)明的至少一個實施例中。本說明書中多處出現(xiàn)的這些短語不一定都涉 及同一個實施例。此外,當(dāng)結(jié)合任何實施例來說明特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性 時,應(yīng)認為結(jié)合其它實施例來實現(xiàn)這些特征、結(jié)構(gòu)、或特性處于本領(lǐng)域技術(shù) 人員的范圍內(nèi)。盡管本說明書己描述了多個實施例,但可以理解,本領(lǐng)域技術(shù)人員完全 可以推導(dǎo)出多個其他變化和實施例,而落入本說明書公開的原理的精神和范 圍之內(nèi)。尤其是,可在本說明書、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)對組件和/ 或附件組合配置中的排列進行各種變化和改進。除組件和/或排列的變化和改 進之外,其他可選擇的應(yīng)用對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言也是顯而易見的。
權(quán)利要求
1、一種裝置,包括第一外延層,具有形成在半導(dǎo)體襯底上方的第一光電二極管;第二外延層,形成在所述第一外延層上方,所述第二外延層具有第二光電二極管和第一插塞;以及第三外延層,形成在所述第二外延層上方,所述第三外延層具有第三光電二極管、第二插塞和隔離層;其中,所述第三光電二極管埋置在所述第三外延層中。
2、 如權(quán)利要求1所述的裝置,其中所述第二插塞是與所述隔離層橫向隔 開的。
3、 如權(quán)利要求l所述的裝置,其中,當(dāng)從所述第三外延層的最上表面測 量時,所述第三光電二極管具有大約0.010pm至0.200pm的厚度。
4、 如權(quán)利要求2所述的裝置,其中所述第二插塞是以至少約0.08)im的 距離與所述隔離層橫向隔開的。
5、 如權(quán)利要求2所述的裝置,其中所述第二插塞是以約1.10pm的距離與所述隔離層橫向隔開的。
6、 如權(quán)利要求1所述的裝置,其中所述第三光電二極管包括藍色光電二 極管。
7、 如權(quán)利要求1所述的裝置,進一步包括形成在所述第三光電二極管上 方的覆蓋層。
8、 如權(quán)利要求7所述的裝置,其中所述覆蓋層是通過將P型雜質(zhì)離子 注入所述第三外延層來形成的。
9、 如權(quán)利要求8所述的裝置,其中,所述覆蓋層的厚度約為O.OlO(im 至0.200jim之間。
10、 如權(quán)利要求8所述的裝置,其中所述覆蓋層的厚度約為0.08jim。
11、 一種裝置,包括 第一外延層,形成在半導(dǎo)體襯底上方; 第一光電二極管,形成在所述第一外延層中; 第二外延層,形成在所述第一外延層上方; 第二光電二極管,形成在所述第二外延層中; 第一插塞,形成在所述第二外延層中; 第三外延層,形成在所述第二外延層上方;多個隔離層,形成在所述第三外延層上方,用于分開隔離區(qū)和有源區(qū); 多個第二插塞,形成在所述第三外延層中,鄰近于并直接接觸到所述多 個隔離層中相應(yīng)的一個隔離層;第三光電二極管,形成在所述第三外延層中;以及柵極結(jié)構(gòu),形成在所述第三外延層上方;其中,所述第三光電二極管的最上表面是暴露的。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置,其中所述半導(dǎo)體襯底包括P型半導(dǎo) 體襯底。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置,其中將導(dǎo)電雜質(zhì)離子注入所述第一外 延層以形成所述第一光電二極管,將導(dǎo)電雜質(zhì)離子注入所述第二外延層以形 成所述第二光電二極管,并將導(dǎo)電雜質(zhì)離子注入所述第三外延層以形成所述 第三光電二極管。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置,其中所述導(dǎo)電雜質(zhì)離子包括N型雜 質(zhì)離子。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置,其中所述N型雜質(zhì)離子包括砷。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置,其中所述第一光電二極管包括紅色光 電二極管,所述第二光電二極管包括綠色光電二極管并且所述第三光電二極 管包括藍色光電二極管。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置,其中所述藍色光電二極管形成在所述 柵極結(jié)構(gòu)與所述多個隔離層中的一個隔離層之間。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置,其中所述紅色光電二極管、所述綠色 光電二極管和所述藍色光電二極管中的至少部分在同一垂直線上是對齊的。
19、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置,其中將高能離子注入所述第二外延層 以形成所述第一插塞,并注入所述第三外延層以形成所述多個第二插塞。
20、 一種用于形成圖像傳感器的方法,所述方法包括以下步驟 在半導(dǎo)體襯底上方形成第一外延層;在所述第一外延層中形成第一光電二極管;在所述第一外延層和所述第一光電二極管上方形成第二外延層; 在所述第二外延層中形成第二光電二極管;在所述第二外延層和所述第二光電二極管上方形成第三外延層;以及 在所述第三外延層中埋置第三光電二極管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圖像傳感器及其制造方法,該圖像傳感器包括第一外延層、形成在所述第三外延層之上和/或上方的第二外延層、及形成在所述第二外延層之上和/或上方的第三外延層;其中第一外延層具有第一光電二極管,第二外延層具有第二光電二極管和第一插塞,第三外延層具有第三光電二極管、第二插塞和隔離層。本發(fā)明能夠提高生產(chǎn)率和減小產(chǎn)品成本。
文檔編號H04N5/372GK101211938SQ200710166950
公開日2008年7月2日 申請日期2007年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日
發(fā)明者李相起 申請人:東部高科股份有限公司