图像传感器及其制造方法
【专利说明】图像传感器及其制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年12月18日提交的申请号为10-2013-0158162的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
[0003]本发明的示例性实施例涉及半导体设计技术，且更具体地涉及图像传感器及其制造方法。
【背景技术】
[0004]图像传感器是将光图像转变成电信号的半导体元件。图像传感器通常包括以二维矩阵的形状布置的多个像素。每个像素包含光电转换区，所述光电转换区响应于入射光而产生光电荷，且利用光电荷输出来输出像素信号。
[0005]然而，现有的图像传感器在光电转换区之外的区域中产生了不需要的光电荷。所述不需要的光电荷引起像素信号中的噪声，这导致信噪比增加且图像传感器特性恶化。
【发明内容】
[0006]本发明的示例性实施例针对图像传感器及其制造方法。
[0007]本发明的示例性实施例可以通过形成具有阻挡层的浮动扩散区来防止在浮动扩散区中引起噪声的光电荷的产生。信噪比相对于现有技术的降低带来图像传感器特性的改口 ο
[0008]根据本发明的示例性实施例，一种图像传感器可以包括:传输栅，形成在衬底的正面；光电转换区，形成在所述传输栅的一侧；浮动扩散区，包括:形成在所述传输栅的另一侧的沟槽、覆盖所述沟槽的底部的阻挡层、以及间隙填充在所述沟槽中的导电层。
[0009]所述阻挡层可以覆盖所述沟槽的底部平面，以及所述沟槽的侧部平面的一部分。所述阻挡层可以包括吸收或反射入射光的绝缘层。所述阻挡层可以包括单一绝缘层或具有带有不同折射率的多个绝缘层的叠层。所述阻挡层可以包括叠层，其中交替地层叠具有不同折射率的第一绝缘层和第二绝缘层。所述导电层和所述衬底可以由相同的材料构成。所述导电层可以包括垂直重叠的第一导电类型的第一区和第二导电类型的第二区，以及其中，所述第一导电类型和所述第二导电类型互补。所述第一区和所述第二区与所述衬底电耦接。图像传感器还可以包括:滤色器，形成在所述衬底的背面上；以及微透镜，形成在所述滤色器上。
[0010]根据本发明的示例性实施例，一种图像传感器可以包括:传输栅，形成在衬底的正面上；光电转换区，形成在所述传输栅的一侧；浮动扩散区，包括:形成在所述传输栅的另一侧的沟槽、覆盖所述沟槽的底部的阻挡层、以及间隙填充在所述沟槽中的导电层；以及陷阱区，形成在所述沟槽之下。
[0011]所述陷阱区通过所述阻挡层与所述导电层电分离。接地电压可以提供至所述陷阱区。所述阻挡层可以覆盖所述沟槽的底部平面，以及所述沟槽的侧面的一部分。所述阻挡层可以包括吸收或反射入射光的绝缘层。所述导电层和所述衬底可以由相同的材料构成。所述导电层可以包括垂直重叠的第一导电类型的第一区和第二导电类型的第二区，以及其中所述第一导电类型和所述第二导电类型互补。所述第一区和所述第二区与所述衬底电耦接。图像传感器还可以包括:滤色器，形成在所述衬底的背面上；以及微透镜，形成在所述滤色器上。
[0012]根据本发明的示例性实施例，一种图像传感器可以包括:浮动扩散区，其具有阻挡层，所述阻挡层适于防止不需要的电荷在所述浮动扩散层中的产生。
[0013]所述阻挡层可以覆盖在传输栅的一侧形成的沟槽的底部平面和所述沟槽的侧部平面的一部分或全部。
[0014]根据本发明的示例性实施例，一种制造图像传感器的方法可以包括:通过选择性地刻蚀衬底来形成沟槽；形成覆盖沟槽的底部平面的阻挡层；通过形成间隙填充在沟槽中的导电层来形成包括沟槽、阻挡层和导电层的浮动扩散区；在衬底中形成光电转换区；以及在衬底上形成传输栅，使得光电转换区和浮动扩散区设置在衬底的一侧和衬底的另一侧。
[0015]形成阻挡层可以包括:沿着包括沟槽的结构的表面形成阻挡层；形成部分地间隙填充在沟槽中的牺牲层；刻蚀通过牺牲层暴露出的阻挡层；以及去除牺牲层。
【附图说明】
[0016]图1是说明根据本发明的示例性实施例的图像传感器的等效电路图；
[0017]图2是根据本发明的示例性实施例的图像传感器的像素的平面图；
[0018]图3是根据本发明的示例性实施例的沿着图2的A-A’截取的截面图；
[0019]图4是根据本发明的示例性实施例的沿着图2的A-A’截取的截面图；
[0020]图5A和图5B是根据本发明的示例性实施例的沿着图2的A_A’截取的截面图；
[0021]图6A至图6E是说明根据本发明的示例性实施例的制造图像传感器的方法的截面图；
[0022]图7是说明根据本发明的示例性实施例的图像处理系统的框图；
[0023]图8是说明图7中所示的图像传感器的详细框图；
[0024]图9是说明根据本发明的示例性实施例的图像处理系统的框图。
【具体实施方式】
[0025]以下将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以不同形式实施，且不应当被解释为局限于本文所列的实施例。更确切地，提供这些实施例使得本公开将充分且完整，且向本领域的技术人员全面地传达本发明的范围。在本公开中，附图标记直接对应于本发明的各附图和实施例中的相似部分。
[0026]附图不一定按比例，且在一些情况下，为了清楚地说明实施例的特征，比例可以被夸大。在本说明书中，使用了特定术语。术语用于描述本发明且不用于限定理解或限制本发明的范围。
[0027]在本说明书中还应注意的是，“和/或”表示包括置于“和/或”之前和之后的一个或更多个组成部分。此外，“连接/耦接”不仅表示一个部件与另一个部件直接耦接，还表示一个部件经由中间部件与另一个部件间接耦接。另外，只要未特意提及，单数形式可以包括复数形式(且反之亦然)。此外，在说明书中使用的“包括/包含”或“包括有/包含有”表示存在或添加一个或更多个部件、步骤、操作和元件。
[0028]图像传感器分成电荷耦合器件(CXD)图像传感器和CMOS图像传感器。CMOS图像传感器还分成正面照明(FSI)图像传感器和背面照明(BSI)图像传感器。BSI图像传感器与诸如CCD图像传感器或FSI图像传感器的其他图像传感器相比具有良好的操作特性、低制造成本和高制造产量。然而，BSI图像传感器具有关于噪声和由高信噪比导致信号恶化的问题。
[0029]BSI图像传感器的实例将在本发明的实施例中描述。将存在互补的第一导电类型和第二导电类型。例如，如果第一导电类型是P型，则第二导电类型是N型。如果第一导电类型是N型，则第二导电类型是P型。为了便于描述本发明的实施例，将假设第一导电类型是P型，第二导电类型是N型。
[0030]本发明的实施例包括通过相对于现有技术降低信噪比来防止特性恶化的图像传感器和图像传感器制造方法。通过防止在光电转换区之外的区域中产生不需要的光电荷来实现信噪比的降低。例如，信号噪声可能由在浮动扩散区(FD)中产生的不需要的光电荷引起。因而，在描述根据本发明的实施例的图像传感器之前，将例如参照图1至图3给出关于为什么会在除了光电转换区之外的区域中产生不需要的光电荷的解释。
[0031]图1是说明根据本发明的示例性实施例的图像传感器的等效电路图。图2是说明根据本发明的示例性实施例的图像传感器的像素的平面图。图3是根据本发明的示例性实施例的沿着图2的A-A’截取的截面图。
[0032]如在图1至图3中所示，图像传感器的像素可以包括光电转换区PD、传输晶体管Tx、驱动晶体管Dx、复位晶体管Rx和选择晶体管Sx。光电转换区F1D可以包括垂直地重叠的多个光电转换单元。所述多个光电转换单元中的每个可以是包括N型杂质区120和P型杂质区130的光电二极管。传输晶体管Tx的传输栅可以延伸至衬底的内部。传输栅可以包括凹陷栅、鞍鳍栅(saddle-fin)或掩埋栅。传输晶体管Tx的漏极可以是浮动扩散区FD。浮动扩散区FD可以是复位晶体管Rx的源极。浮动扩散区FD可以与驱动晶体管Dx的驱动栅电耦接。驱动晶体管Dx和复位晶体管Rx可以串联耦接。驱动晶体管Dx可以耦接至选择晶体管Sx。尽管在附图中未示出，但可以在相邻的像素之间共用复位晶体管Rx、驱动晶体管Dx和选择晶体管Sx，这可以改善集成度。
[0033]以下将参照图1描述根据本发明的示例性实施例的图像传感器的操作。
[0034]随着光被阻挡，通过将电源电压VDD提供至复位晶体管Rx的漏极和驱动晶体管Dx的漏极而使留在浮动扩散区FD上的电荷放电。如果复位晶体管Rx关断且从物体反射的光入射在光电转换区ro上，则在光电转换区ro中产生电子-空穴对(即，光电荷)。产生的空穴移动至P型杂质区且累积在P型杂质区上，产生的电子移动至N型杂质区且累积在N型杂质区上。随后，传输晶体管Tx接通，并且累积的空穴和电子传送至浮动扩散区FD且累积在浮动扩散区FD上。驱动晶体管Dx的栅极偏