具有掩埋光屏蔽件和垂直栅极的图像传感器的制造方法
【专利说明】具有掩埋光屏蔽件和垂直栅极的图像传感器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利合作条约专利申请要求于2013年8月5日提交的并且标题为“Image Sensorwith Buried Light Shield and Vertical Gate” 的美国非临时专利申请 13/959,362的优先权，其内容全文以引用方式并入本文。
技术领域
[0003]本发明整体涉及电子设备，并且更具体地涉及电子设备的图像传感器。
【背景技术】
[0004]相机和其他图像记录设备通常利用一个或多个图像传感器诸如电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补金属-氧化物-半导体(CMOS)图像传感器来捕获图像。通过将光转化为电信号来捕获图像。响应于光撞击到光电探测器，光电探测器阵列累积光生电荷(例如，电子)。由每个光电探测器累积的电荷量表示由光电探测器所接收的光的强度。在所有光电探测器中累积的电荷共同形成图像。
[0005]CMOS图像传感器可被配置为前照式(FSI)图像传感器或背照式(BSI)图像传感器。FSI图像传感器将一个或多个图案化金属层置于包括光电探测器阵列的基板上方。金属层包括信号线，该信号线将像素中的各个电子部件连接到位于阵列外部的运算电路和电源电路。然而，在由光电探测器检测到之前，FSI构型意味着光必须首先穿过金属层。在光穿过金属层时，该金属层通过反射一部分光来干扰光透射，这会减少光电探测器所检测到的光量。
[0006]BSI图像传感器将金属层和包含光电探测器阵列的基板颠倒位置，使得光电探测器阵列位于金属层上方。光可由光电探测器接收到而不必穿过金属层。因为光电探测器可检测到更多的入射光，所以利用BSI图像传感器可改善图像质量。
[0007]卷帘快门和全局快门为图像传感器用于捕获图像的两种不同方法。利用卷帘快门，图像传感器中的所有光电探测器不能同时捕获图像。相反，图像传感器的不同部分在不同时间点捕获图像。例如，一行中的所有光电探测器可在相同时间段内累积电荷以捕获图像，但是每行的累积时段在稍微不同的时刻开始和结束。例如，光电探测器的顶行可为开始累积电荷的第一行以及停止的第一行，其中开始时间和停止时间针对光电探测器的随后的每一行存在些许延迟。因为光电探测器的各行在稍微不同的时刻捕获图像，所以利用卷帘快门捕获的图像可能受到运动伪影诸如抖动、倾斜和部分曝光的影响。
[0008]利用全局快门，所有像素同时累积电荷。在全局快门操作期间，在从图像传感器被读出之前，光电探测器中的累积电荷同时被转移到位于像素中的存储区域。典型地，每次一行地从像素中读出电荷。因此，将电荷存储在存储区域中允许在从图像传感器读出存储区域中的电荷的同时光电探测器开始捕获下一个图像。
[0009]图1示出了根据现有技术的背照式CMOS全局快门图像传感器中的简化像素。像素100包括感测层102，该感测层包含光电探测器104和存储区域106。金属层108位于载体晶片110和感测层102之间。金属层108中的信号线被形成在电介质材料中，使得信号线彼此电隔离。微透镜116将光118聚集到光电探测器104上。层112中的光屏蔽件114被定位为将存储区域106与光118屏蔽，以避免存储区域106中的电荷累积。然而，存储区域106和光屏蔽件114之间的距离可为两微米到三微米或更大。这个距离意味着某些角度的光仍可撞击到存储区域并且使得不想要的电荷累积在存储区域106中。当在全局快门操作期间该光电探测器104中的累积的光生电荷被转移到存储区域106时，不想要的电荷被添加到光生电荷。不想要的附加电荷会造成图像伪影，并且可造成不准确的图像捕获或者不准确的成像场景表示。
【发明内容】
[0010]在一个方面，图像传感器中的至少一个像素可包括被设置在基板中的与基板的第一表面相邻的光电探测器以及被设置在基板中的与基板的第二表面相邻的存储区域。第二表面可与第一表面相对。例如，第一表面可为基板的背侧表面并且第二表面可为基板的前侧表面。掩埋光屏蔽件被设置在光电探测器与存储区域之间。感测区域诸如浮接扩散区域可与存储区域相邻，其中掩埋光屏蔽件被设置在光电探测器与存储区域和感测区域之间。
[0011]在另一方面，一种用于产生图像传感器中的像素的方法可包括在第一基板中提供与第一基板的第一表面相邻的光电探测器并且在第二基板中提供与第二基板的第二表面相邻的存储区域。第二表面为可与第一表面相对的表面。例如，第一表面可为第一基板的背表面并且第二表面可为第二基板的前表面。掩埋光屏蔽件被提供在第一基板和第二基板之间。
[0012]在另一方面，一种用于制造背照式图像传感器中的像素的方法可包括在第一基板的前侧表面上方形成掩埋光屏蔽件并且将第二基板附接到掩埋光屏蔽件的前侧表面。第一沟槽随后被形成为穿过第二基板并且穿过掩埋光屏蔽件。外延层形成在第一沟槽中。第二沟槽随后形成穿过外延层，以沿第一沟槽的侧壁产生外延材料的转移通道。利用导电材料来填充第二沟槽并且导电栅极被形成在所填充的沟槽上方。不准确沟槽和导电栅极形成像素中的垂直栅极。光电探测器被形成在第一半导体基板中并且存储区域被形成在第二半导体基板中。外延材料的转移通道为电荷提供通道，以从光电探测器转移到存储区域。
[0013]在另一方面，一种用于在基板中形成掩埋光屏蔽件的方法可包括在基板中形成注入区域并且将基板中的沟槽形成到注入区域。通过穿过沟槽移除注入区域来在基板中形成孔。利用材料来填充孔防止光透射穿过材料填充的孔。例如，可利用反光材料或吸光材料来填充孔。
[0014]并且在另一方面，背照式图像传感器中的至少一个像素可包括被设置在第一基板中的光管的第一级以及被设置在第二基板中的光电探测器。光电探测器可为光管的第二级。存储区域也被设置在第二基板中。存储节点可被设置为与第二基板的前侧表面相邻。光管的第一级将光导向到光电探测器而不导向到存储区域。
【附图说明】
[0015]参考以下附图更好地理解本发明的实施例。附图的元件不必相对于彼此成比例。如果可能的话，使用相同的参考数字来指定附图共有的相同特征部。
[0016]图1示出了根据现有技术的背照式图像传感器中的简化像素；
[0017]图2A示出了包括一个或多个相机的电子设备的前透视图；
[0018]图213不出了图2A的电子设备的后透视图；
[0019]图3示出了图2的电子设备的简化框图；
[0020]图4示出了沿图2A中的线4-4截取的计算设备200的横截面视图；
[0021]图5示出了适合用作图像传感器302的图像传感器的一个实例的简化框图；
[0022]图6示出了适合用于背照式图像传感器中的全局快门像素的一个实例的简化示意图；
[0023]图7示出了适合用于背照式图像传感器中的具有掩埋光屏蔽件的全局快门像素的简化实例；
[0024]图8-图28示出了用于制造包括图7中所示的像素700的背照式图像传感器的示例性方法；
[0025]图29示出了适合用于背照式图像传感器中的具有掩埋光屏蔽件的全局快门像素的另一实例；
[0026]图30-图33示出了制造图29中所示的掩埋光屏蔽件2912的示例性方法;并且
[0027]图34示出了适合用于背照式图像传感器中的具有掩埋光屏蔽件的全局快门像素的另一实例。
【具体实施方式】
[0028]本文所述的实施例包括全局快门图像传感器，该全局快门图像传感器包括至少一个像素中的掩埋光屏蔽件，以屏蔽存储区域。在一个实施例中，存储区域被设置在基板中与基板的一个表面相邻，并且光电探测器被设置在基板中与基板的相对表面相邻。掩埋光屏蔽件被设置在光电探测器与存储区域之间。
[0029]在另一实施例中，光电探测器被设置为与第一基板的第一表面相邻并且存储区域与第二独立基板的第二表面相邻。第二表面为与第一表面相对的表面。例如，第一表面可为第一基板的背表面并且第二表面为第二基板的前表面。掩埋光屏蔽件被设置在第一基板和第二基板之间，使得掩埋光屏蔽件位于光电探测器与存储区域之间。垂直栅极被形成为穿过第二基板和掩埋光屏蔽件到达包含光电探测器的第一基板。与垂直栅极相邻或者围绕垂直栅极的转移通道为电荷提供通道，以从第一基板中的光电探测器转移到第二基板中的存储区域。
[0030]在一些实施例中，可使用光管来将光导向到光管光电探测器。经验孔的掩埋光屏蔽件可被形成在基板中。光管可与基板的背侧