專(zhuān)利名稱(chēng)：含背照式圖像感測(cè)元件的裝置及圖像感測(cè)元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像感測(cè)元件，特別是涉及背照式圖像感測(cè)元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體圖像感測(cè)器是用于感測(cè)光線，互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像感測(cè)器 (complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) image sensors ；簡(jiǎn)禾爾 CIS)與電荷華禹合元件(charge-coupled device ；簡(jiǎn)稱(chēng)CCD)感測(cè)器廣泛地使用在各種應(yīng)用中，例如數(shù)碼相機(jī)(digital still camera)或手機(jī)相機(jī)(mobile phone camera)的應(yīng)用中，這些元件利用基底內(nèi)的像素陣列，包含光電二極管(photodiodes)以及晶體管，其可以吸收朝向基底投射的輻射，并將感測(cè)到的輻射轉(zhuǎn)化成電子信號(hào)。背照式圖像(back side illuminated ;BSI)感測(cè)元件是圖像感測(cè)元件中的一種類(lèi)型，當(dāng)晶體管元件的尺寸隨著每個(gè)技術(shù)世代而縮減時(shí)，現(xiàn)行的BSI圖像感測(cè)元件會(huì)遭遇關(guān)于串音干擾(cross-talk)與大量出現(xiàn)(blooming)的問(wèn)題，這些問(wèn)題可能是因?yàn)樵贐SI圖像感測(cè)器相鄰的像素之間沒(méi)有充分的隔絕而造成。因此，即使現(xiàn)行BSI圖像感測(cè)元件的制造方法通常已經(jīng)能夠滿足預(yù)期的目的需求，但是這些方法還是無(wú)法完全地符合每個(gè)方面的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，此公開(kāi)的一較廣的形式包含一裝置，其含有背照式圖像感測(cè)元件，此圖像感測(cè)元件包含基底，具有正面及背面；此圖像感測(cè)元件包含形成于基底內(nèi)的輻射檢測(cè)元件，輻射檢測(cè)元件用于檢測(cè)經(jīng)由背面進(jìn)入基底的輻射波；此圖像感測(cè)元件也包含隔絕結(jié)構(gòu)，其形成于基底內(nèi)且鄰接輻射檢測(cè)元件，此隔絕結(jié)構(gòu)包含深溝槽隔絕元件與摻雜溝槽襯墊，摻雜溝槽襯墊至少部分地圍繞深溝槽隔絕元件。此公開(kāi)的另一較廣的形式包含一背照式圖像感測(cè)元件，其包含基底，具有正面及相對(duì)于正面的背面；此圖像感測(cè)元件也包含設(shè)置于基底內(nèi)的輻射檢測(cè)區(qū)，輻射檢測(cè)區(qū)用于檢測(cè)經(jīng)由背面朝向輻射檢測(cè)區(qū)投射的輻射；此圖像感測(cè)元件還包含深溝槽隔絕特征，其設(shè)置鄰接輻射檢測(cè)區(qū)設(shè)置；此圖像感測(cè)元件也包含摻雜層，其以順應(yīng)性的方式至少部分地圍繞深溝槽隔絕特征。此公開(kāi)的另一較廣的形式包含圖像感測(cè)元件的制造方法，此方法包含在基底內(nèi)形成隔絕結(jié)構(gòu)，此隔絕結(jié)構(gòu)具有深溝槽隔絕元件與摻雜溝槽襯墊，摻雜溝槽襯墊至少部分地圍繞深溝槽隔絕元件；此方法還包含在基底內(nèi)形成輻射檢測(cè)元件，輻射檢測(cè)元件鄰接隔絕結(jié)構(gòu)形成。本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)之一為降低圖像感測(cè)元件內(nèi)的串音干擾。為了讓本發(fā)明的上述目的、特征、及優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1為依據(jù)此公開(kāi)的各種概念，圖像感測(cè)元件的制造方法的流程圖。圖2至圖7為依據(jù)圖1的方法的一實(shí)施例，圖像感測(cè)元件的各制造階段的片段剖面示意圖。圖8至圖12為依據(jù)圖1的方法的各種其他實(shí)施例，個(gè)別圖像感測(cè)元件的一制造階段的片段剖面示意圖。主要附圖標(biāo)記說(shuō)明11 〃方法；13、15、17 方法11的各步驟；
30A、30B、30C、30D、30E、30F --圖像感測(cè)元件；
35 -基底；40 基底正面；
45 -基底背面；50 基底的初始厚度；
60 -像素陣列區(qū)；70 周邊區(qū)；
80 -圖案化的硬掩模層；90,91 深溝槽；
95 々果溝槽的深度；100 等離子體擴(kuò)散工藝；
110、111 摻雜溝槽襯墊；130、131 深溝槽隔絕(DTI)特-
140,330,331 淺溝槽隔絕(STI)特征；
145 淺溝槽隔絕特征的深度；150、151 隔絕結(jié)構(gòu)；
160、161 輻射檢測(cè)元件；170、171、290、291 插梢植入層
180 摻雜阱區(qū)；190 浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)；
200 柵極；220、221 晶體管元件；
240 內(nèi)連線結(jié)構(gòu)；250 緩沖層；
260 載體基板；270 薄化工藝；
280 基底薄化后的厚度；300 非晶硅層、再結(jié)晶硅層；
310 退火工藝；320,321 接點(diǎn)/導(dǎo)通孔。
具體實(shí)施例方式以下公開(kāi)提供許多不同的實(shí)施例或例子，用于實(shí)施本發(fā)明的不同特征，以下描述的元件與排列的特定例子是用于簡(jiǎn)化此公開(kāi)，其僅做為例子，并非用于限定此公開(kāi)。此外， 在以下描述中，第一特征形成于第二特征之上或其上可包含第一與第二特征直接接觸的實(shí)施例，也可包含在第一與第二特征之間形成額外的特征的實(shí)施例，因此第一與第二特征可能不會(huì)直接接觸。各種特征可以用不同的大小任意地繪制，以達(dá)到簡(jiǎn)明易懂與清楚的目的。圖1說(shuō)明依據(jù)此公開(kāi)的各種概念，制造背照式(BSI)圖像感測(cè)元件的方法11的流程圖。參閱圖1，方法11由區(qū)塊13開(kāi)始，在此提供一基底，其具有正面及背面。方法11持續(xù)進(jìn)行至區(qū)塊15，在此在基底內(nèi)形成隔絕結(jié)構(gòu)，基底包含深溝槽隔絕元件與摻雜溝槽襯墊， 摻雜溝槽襯墊至少部分地圍繞深溝槽隔絕元件。方法11持續(xù)進(jìn)行至區(qū)塊17，在此在基底內(nèi)形成輻射檢測(cè)元件，輻射檢測(cè)元件用于檢測(cè)從背面朝向輻射檢測(cè)元件投射的輻射?？梢岳斫獾氖?，也可以在區(qū)塊13之前或區(qū)塊17之后進(jìn)行額外的工藝，或者在區(qū)塊13、15及17之間進(jìn)行額外的工藝，以完成圖像感測(cè)元件的制造。圖2至圖7為依據(jù)圖1的方法11的一實(shí)施例，在各種制造階段中，BSI圖像感測(cè)元件30A的一部分的片段剖面示意圖?？梢岳斫獾氖?，圖2至圖7已經(jīng)簡(jiǎn)化，以使得此公開(kāi)的發(fā)明概念更容易理解。參閱圖2，圖像感測(cè)元件30A包含基底35，也稱(chēng)為元件基底，基底35為摻雜有P 型摻雜物，例如為硼的硅基底，此時(shí)基底35為P型基底。另外，基底35也可以是另一種合適的半導(dǎo)體材料，例如基底35可以是摻雜有N型摻雜物，例如磷或砷的硅基底，此時(shí)基底 35為N型基底?；?5可包含其他元素半導(dǎo)體，例如鍺與鉆石；基底35可選擇性地包含化合物半導(dǎo)體以及/或合金半導(dǎo)體；此外，基底35可包含外延層(印itaxial layer ；epi layer)，其可以形變(strained)而提升性能，并且基底35可包含在絕緣層上的硅(silicon oninsulator ；SOI)結(jié)構(gòu)?；?5具有正面40與背面45，正面40也可稱(chēng)為正表面，并且背面45也可稱(chēng)為背表面?；?5的初始厚度50范圍從約100 μ m至約3000 μ m，在一實(shí)施例中，初始厚度50 約為700 μ m?；?5包含各種區(qū)域，可包含像素陣列(pixel-array)區(qū)、周邊區(qū)、接合墊區(qū)以及切割道區(qū)，為了達(dá)到簡(jiǎn)化的目地，在圖2中只有顯示一部分的像素陣列區(qū)60(也稱(chēng)為像素區(qū))以及周邊區(qū)70，像素陣列區(qū)60為輻射檢測(cè)像素的陣列所形成的區(qū)域，周邊區(qū)70為非輻射檢測(cè)元件形成的區(qū)域，例如數(shù)字元件或控制元件，在像素陣列區(qū)60與周邊區(qū)70形成的元件將詳細(xì)討論如下。接著，在基底35的正面40之上形成圖案化的硬掩模層80，圖案化的硬掩模層80 可通過(guò)以下步驟形成，首先使用熟知的沉積工藝，例如化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝、物理氣相沉積(PVD)工藝或原子層沉積(ALD)工藝，在正面40之上形成硬掩模材料，接著以光刻工藝將硬掩模材料圖案化，光刻工藝可包含涂布光致抗蝕劑材料(未繪出)，以及各種曝光、 顯影、烘烤、剝除以及蝕刻工藝，結(jié)果形成圖案化的硬掩模層80。圖案化的硬掩模層80具有開(kāi)口 90和91在其中，這些開(kāi)口 90和91更進(jìn)一步地被蝕刻至基底35的像素陣列區(qū)60內(nèi)，形成深溝槽90和91，例如使用熟知的干蝕刻工藝，在蝕刻工藝期間使用圖案化的硬掩模層80作為保護(hù)掩模。深溝槽90和91的深度95的范圍從約1 μ m至約3 μ m，深溝槽90和91可具有大約為矩形、梯形、瘦長(zhǎng)的橢圓形或其他合適的形狀。然后在深溝槽90和91上使用圖案化的硬掩模層80作為保護(hù)掩模進(jìn)行等離子體擴(kuò)散工藝100，等離子體擴(kuò)散工藝100可包含等離子體浸沒(méi)離子注入(plasma-immersion ion implantation)，其可達(dá)到的摻雜深度范圍從約500 A至約2500人，且劑量范圍從約 1E10離子數(shù)/cm2至約1E14離子數(shù)/cm2。等離子體擴(kuò)散工藝100的結(jié)果形成分別圍繞深溝槽90和91的摻雜溝槽襯墊110和111，摻雜溝槽襯墊110-111實(shí)質(zhì)上是通過(guò)基底35的摻雜部分圍繞深溝槽90和91而形成，其具有在等離子體擴(kuò)散工藝中所使用的摻雜物。等離子體擴(kuò)散工藝100的結(jié)果是形成摻雜溝槽襯墊110-111，每個(gè)摻雜溝槽襯墊具有大抵上均勻的摻雜輪廓，此均勻的摻雜輪廓表示在摻雜溝槽襯墊110-111內(nèi)的各種區(qū)域的摻雜濃度等級(jí)大抵上不會(huì)互相改變。例如，在靠近正面40的摻雜溝槽襯墊110的一部分所測(cè)量到的摻雜濃度等級(jí)大約與靠近背面45的摻雜溝槽襯墊110的一部分所測(cè)量到的摻雜濃度等級(jí)相同，此特性部分來(lái)自等離子體擴(kuò)散真的使摻雜物在所有方向均勻地?cái)U(kuò)散所造成的結(jié)果，因此，此均勻的摻雜輪廓通常不是通過(guò)傳統(tǒng)的植入工藝可達(dá)到，相較于靠近深溝槽的側(cè)壁，傳統(tǒng)的植入工藝傾向于在靠近深溝槽90-91的底部(接近背面4 產(chǎn)生較重的摻雜濃度。此外，每個(gè)摻雜溝槽襯墊110-111以順應(yīng)性的方式圍繞深溝槽90-91而形成， 因此摻雜溝槽襯墊110和111分別至少部分地圍繞深溝槽90和91。用于形成深溝槽90-91的工藝(例如蝕刻工藝)可能會(huì)在深溝槽的表面造成缺陷 (例如懸掛鍵(dangling bonds))，這些缺陷可能是物理性的缺陷或者是電性的缺陷，且這些缺陷可捕捉載流子例如電子，被捕捉的載流子會(huì)產(chǎn)生漏電流，漏電流對(duì)于圖像感測(cè)器，例如圖像感測(cè)元件30A而言是有問(wèn)題的，例如，當(dāng)具有足夠量的漏電流時(shí)，即使將圖像感測(cè)元件30A放置在暗的環(huán)境中，輻射檢測(cè)元件(在此工藝階段尚未形成)仍可能誤以為檢測(cè)到光線。另一種情況為當(dāng)其不應(yīng)該檢測(cè)到光線時(shí)(因?yàn)閷?shí)際上沒(méi)有光線)，圖像感測(cè)元件30A 可能會(huì)檢測(cè)光線，在此情況下，漏電流可稱(chēng)為暗電流，并且含有輻射檢測(cè)元件的像素可改變而稱(chēng)為白像素，暗電流與白像素是電性串音干擾的形式，并且使圖像感測(cè)元件30A的性能降低，因此是不希望產(chǎn)生的。在此，摻雜溝槽襯墊110-111大抵上會(huì)封鎖深溝槽90和91表面上的缺陷，被封鎖的缺陷無(wú)法自由地到處移動(dòng)，因此較不會(huì)引起漏電流。因此，摻雜溝槽襯墊110-111有助于消除暗電流或白像素的缺陷，因而降低電性的串音干擾。參閱圖3，移除圖案化的硬掩模層80 (如圖2所示)，并且在深溝槽90-91 (如圖 2所示)填充介電材料，分別形成深溝槽隔絕(de印trench isolation ；簡(jiǎn)稱(chēng)DTI)特征 130-131 (也稱(chēng)為DTI元件)。DTI特征可通過(guò)從正面40沉積介電材料(例如氧化物或氮化物材料)至深溝槽90-91內(nèi)，之后以化學(xué)機(jī)械研磨(chemical-mechanical polishing ； CMP)工藝移除在深溝槽外的介電材料而形成。摻雜溝槽襯墊110以及DTI特征130可整體稱(chēng)為隔絕結(jié)構(gòu)150。同樣地，摻雜溝槽襯墊111以及DTI特征131可整體稱(chēng)為另一隔絕結(jié)構(gòu) 151。淺溝槽隔絕(shallow trench isolation ；STI)特征140也可形成在基底35的周邊區(qū)70內(nèi)，STI特征140可通過(guò)從正面40在基底35內(nèi)蝕刻出淺開(kāi)口，并在開(kāi)口內(nèi)填充氧化物或氮化物材料而形成。STI特征140的深度145小于1 μ m，且STI特征140可在DTI特征130-131形成之前或之后形成，并且可在像素陣列區(qū)60與周邊區(qū)70內(nèi)形成多個(gè)其他的 DTI特征與STI特征，為了提供一例子并有助于后續(xù)的討論，在此只繪出DTI特征110-111 以及STI特征140。參閱圖4，在基底35的像素陣列區(qū)60內(nèi)形成輻射檢測(cè)元件160和161 (也稱(chēng)為輻射檢測(cè)區(qū))，輻射檢測(cè)元件161形成于隔絕結(jié)構(gòu)150與151之間，輻射檢測(cè)元件160形成于隔絕結(jié)構(gòu)150與另一隔絕結(jié)構(gòu)(未繪出)之間，另一隔絕結(jié)構(gòu)在輻射檢測(cè)元件的相對(duì)側(cè)上。輻射檢測(cè)元件160-161通過(guò)在基底35上從正面40進(jìn)行離子植入工藝而形成，離子植入工藝在基底35植入一摻雜物，其具有與基底35相反的摻雜極性。例如，在一實(shí)施例中，基底35為P型基底，則輻射檢測(cè)元件160-161以N型摻雜物進(jìn)行摻雜。在另一實(shí)施例中，基底35為N型基底，則輻射檢測(cè)元件160-161以P型摻雜物進(jìn)行摻雜。因此，輻射檢測(cè)元件160-161的摻雜極性與摻雜溝槽襯墊110-111的摻雜極性相反。在圖4所示的實(shí)施例中，輻射檢測(cè)元件160-161鄰接或靠近基底35的正面40而形成。在另一實(shí)施例中，取決于設(shè)計(jì)需求與制造要求，輻射檢測(cè)元件160-161可進(jìn)一步地遠(yuǎn)離正面40形成。輻射檢測(cè)元件160-161的位置或地點(diǎn)可通過(guò)調(diào)整形成這些輻射檢測(cè)元件的植入工藝的植入能量等級(jí)而調(diào)整，例如，較高的植入能量等級(jí)會(huì)造成較深的植入結(jié)果，其表示輻射檢測(cè)元件160-161進(jìn)一步地遠(yuǎn)離正面40而形成；類(lèi)似地，較小的植入能量等級(jí)會(huì)使得輻射檢測(cè)元件160-161接近正面40而形成。輻射檢測(cè)元件160-161可用于感測(cè)或檢測(cè)經(jīng)由基底35的背面45朝向輻射檢測(cè)元件160-161投射的輻射波，輻射檢測(cè)元件160-161能夠感測(cè)或檢測(cè)具有特定波長(zhǎng)的輻射，特定波長(zhǎng)可對(duì)應(yīng)至不同顏色的光。在一實(shí)施例中，輻射檢測(cè)元件160-161包含光電二極管(photodiode)；在其他實(shí)施例中，輻射檢測(cè)元件160-161可包含其他類(lèi)型的光電二極管、光電門(mén)(Photogates)、重置晶體管(reset transistors)、源極隨耦器晶體管(source follower transistors)或傳輸晶體管(transfer transistors)，為了達(dá)到簡(jiǎn)化附圖的目的，輻射檢測(cè)元件160-161的詳細(xì)結(jié)構(gòu)并未繪出。另外，插梢植入層(pinned implant layers) 170和171分別形成在正面的輻射檢測(cè)元件160和161上方，每個(gè)插梢植入層170-171摻雜以一摻雜物，其具有與摻雜溝槽襯墊 110-111相同的摻雜極性(并因此與輻射檢測(cè)元件160和161的摻雜極性相反)。如上所述，暗電流(dark current)與白像素(white pixel)形式的電性串音干擾 (cross-talk)可由沿著深溝槽90-91表面的缺陷引起，這些缺陷通過(guò)此實(shí)施例中的摻雜溝槽襯墊110-111而消除，在圖像感測(cè)元件30A的操作期間，當(dāng)來(lái)自輻射波的光子預(yù)計(jì)要被一個(gè)輻射檢測(cè)元件(例如元件160)接收，但是卻被一個(gè)不預(yù)期的相鄰輻射檢測(cè)元件(例如元件161)接收時(shí)，可能也會(huì)發(fā)生光學(xué)的串音干擾。在此，與插梢植入層170-171連接的隔絕結(jié)構(gòu)150-151在相鄰的輻射檢測(cè)元件之間提供足夠的隔絕，因此大抵上除了降低電性串音干擾之外，還降低了光學(xué)串音干擾。再參閱圖4，可形成摻雜阱區(qū)180鄰接隔絕結(jié)構(gòu)151，并在阱區(qū)內(nèi)形成浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)(floating diffusion(FD)node) 190，可在基底；35的正面40之上形成柵極200，柵極200可包含柵極介電層、柵極電極層以及形成于柵極側(cè)壁上的柵極間隙壁。同時(shí)，可在周邊區(qū)70內(nèi)，在STI特征140的每一側(cè)上形成晶體管元件220和221，每個(gè)晶體管元件220-221可包含柵極、源極以及漏極，并且可形成于摻雜阱區(qū)內(nèi)。晶體管元件220-221 可包含需要保持光學(xué)暗態(tài)的元件，這些元件可以是數(shù)字元件，例如特殊用途集成電路兀件(application-specific integrated circuit (ASIC) devices)或系統(tǒng)芯片兀件 (system-on-chip (SOC) devices)。除了晶體管元件220-221，周邊區(qū)70可進(jìn)一步包含參考像素(未繪出)，其是用于建立圖像感測(cè)元件30A的光線強(qiáng)度的基準(zhǔn)線(baseline)。參閱圖5，在基底35的正面40之上形成內(nèi)連線結(jié)構(gòu)M0，內(nèi)連線結(jié)構(gòu)240包含多個(gè)圖案化的介電層與導(dǎo)電層，其在各種摻雜特征、電路以及圖像感測(cè)元件30A的輸入/輸出之間提供內(nèi)連接(例如導(dǎo)線)。內(nèi)連線結(jié)構(gòu)240包含層間介電質(zhì)(interlayer dielectric ； ILD)以及多層內(nèi)連線(multilayer interconnect ；MLI)結(jié)構(gòu)，其以ILD使得每個(gè)MLI結(jié)構(gòu)與其他MLI結(jié)構(gòu)分開(kāi)并隔絕的型態(tài)形成，MLI結(jié)構(gòu)包含形成于基底35上的接點(diǎn)/導(dǎo)通孔以及金屬線，為了達(dá)到簡(jiǎn)化附圖的目的，這些接點(diǎn)/導(dǎo)通孔以及金屬線的詳細(xì)結(jié)構(gòu)并未在圖5 中繪出。在一例子中，MLI結(jié)構(gòu)可包含導(dǎo)電材料，例如鋁、鋁/硅/銅合金、鈦、氮化鈦、鎢、 多晶硅、金屬硅化物或前述的組合，統(tǒng)稱(chēng)為鋁內(nèi)連線，鋁內(nèi)連線可通過(guò)包含PVD、CVD或前述的組合的工藝形成。其他形成鋁內(nèi)連線的制造技術(shù)可包含光刻工藝以及蝕刻，將導(dǎo)電材料圖案化形成垂直的連接(接點(diǎn)/導(dǎo)通孔)以及水平的連接(導(dǎo)線)。另外，可使用銅多層內(nèi)連線形成金屬圖案，銅內(nèi)連線結(jié)構(gòu)可包含銅、銅合金、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、多晶硅、金屬硅化物或前述的組合，銅內(nèi)連線可通過(guò)包含CVD、濺鍍、電鍍或其他合適的工藝技術(shù)形成。在內(nèi)連線結(jié)構(gòu)240上形成緩沖層250，在一實(shí)施例中，緩沖層250包含介電材料，例如氧化硅，此外，緩沖層250可選擇性地包含氮化硅。緩沖層250可通過(guò)CVD、PVD或其他合適的技術(shù)形成，通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝將緩沖層250平坦化，形成平滑的表面。然后將載體基板260與緩沖層250接合，借此進(jìn)行基底35背面45的工藝。載體基板260通過(guò)分子力與緩沖層250接合，載體基板260可以與基底35類(lèi)似，且包含硅材料， 此外，載體基板260可選擇性地包含玻璃基板。載體基板260為基底35正面40上形成的各種特征提供保護(hù)，載體基板260也為基底35背面45進(jìn)行的工藝提供機(jī)械強(qiáng)度與支撐，其將在下文中討論?？蛇x擇性地進(jìn)行退火工藝提升接合強(qiáng)度，緩沖層250提供基底35與載體基板沈0之間的電性隔絕。之后進(jìn)行薄化工藝270(也稱(chēng)為減薄工藝)，將基底35從背面45薄化。在一實(shí)施例中，薄化工藝270包含CMP工藝，薄化工藝270也可包含鉆石刷磨(diamond scrubbing) 工藝、研磨(grinding)工藝或其他合適的技術(shù)，通過(guò)工藝270可從基底35移除大量的材料。在一實(shí)施例中，薄化工藝270直到抵達(dá)DTI特征130-131的背面部分才停止，使得輻射檢測(cè)元件160-161彼此之間可以被DTI特征130-131完全地隔絕。在薄化工藝270進(jìn)行之后，基底35具有一厚度觀0，其范圍從大約1 μ m至大約3 μ m。參閱圖6，插梢植入層(pinned implant layers) 290和291分別在背面45的輻射檢測(cè)元件160和161上方形成，每個(gè)插梢植入層290-291摻雜以一摻雜物，其具有與摻雜溝槽襯墊110-111相同的摻雜極性(并因而與輻射檢測(cè)元件160和161的摻雜極性相反)。在制造過(guò)程中的這個(gè)時(shí)刻，輻射檢測(cè)元件160-161完全互相隔絕，輻射檢測(cè)元件 160被插梢植入層170和四0以及部分的摻雜溝槽襯墊110(在DTI特征130的左側(cè))圍繞，可以理解的是，也可形成未繪出的額外溝槽襯墊圍繞輻射檢測(cè)元件160的左側(cè)。輻射檢測(cè)元件161被插梢植入層171和以及部分的摻雜溝槽襯墊110-111圍繞，這些圍繞輻射檢測(cè)元件160-161的摻雜層也可稱(chēng)為隔絕阱。如前述討論，在輻射檢測(cè)元件160和161之間完全的隔絕有助于降低電性與光學(xué)的串音干擾，然而，圍繞輻射檢測(cè)元件160的隔絕阱現(xiàn)在也與圍繞輻射檢測(cè)元件161的隔絕阱電性隔絕，換言之，這些隔絕阱現(xiàn)在是浮動(dòng)的(floating)，或者不一定要具有相同的電位 (電壓)。適當(dāng)操作的圖像感測(cè)元件30A可能需要在這些隔絕阱施加偏壓，使其具有相同的電壓，例如電性接地，此公開(kāi)提供多種不同的實(shí)施例，以適當(dāng)?shù)卦O(shè)定隔絕阱的電位。參閱圖7，在基底35的背面45，以及像素陣列區(qū)60與周邊區(qū)70兩者之上形成非晶硅層300，可通過(guò)現(xiàn)有合適的工藝形成非晶硅層300，例如CVD、PVD或ALD工藝，非晶硅層 300的厚度范圍可從約500A到約1500A。之后，可對(duì)非晶硅層300進(jìn)行退火工藝310。在一實(shí)施例中，退火工藝310包含激光退火工藝，并且可達(dá)到足夠高的退火溫度，以熔融非晶硅層300，使得非晶硅層可以再結(jié)晶，調(diào)整激光的功率以及退火持續(xù)的時(shí)間，以達(dá)到大于約1400°c的硅熔融溫度。因此，在退火工藝310進(jìn)行之后，非晶硅層300也可稱(chēng)為再結(jié)晶硅層300，可以理解的是，退火工藝310 的溫度控制在不會(huì)超過(guò)圖像感測(cè)元件30A的分配熱預(yù)算(allocated thermal budget)。
再結(jié)晶硅層300(已經(jīng)再結(jié)晶的非晶硅層300)相較于未熔融的硅，例如基底35， 其具有大抵上較低的電阻率(以片電阻的形式)，再結(jié)晶硅層300的電阻率可能足夠低到讓它幾乎是導(dǎo)電的，在此方式中，圍繞輻射檢測(cè)元件160-161的隔絕阱都電性耦接至再結(jié)晶硅層300，因此，這些隔絕阱可以通過(guò)施加偏壓至再結(jié)晶硅層300而被加偏壓至相同的電位，例如，當(dāng)再結(jié)晶硅層300接地時(shí)，隔絕阱也被接地，因此，隔絕阱不再是浮動(dòng)的。同時(shí)可以理解的是，再結(jié)晶硅層300大抵上是透明的，因此不會(huì)干擾從背面45朝向圖像感測(cè)元件 30A投射的輻射波的檢測(cè)。圖8至圖12為依據(jù)圖1的方法11的各種其他實(shí)施例，在一制造階段中，個(gè)別BSI 圖像感測(cè)元件的一部分的片段剖面示意圖。這些其他實(shí)施例與上述圖2至圖7的實(shí)施例類(lèi)似，因此，為了達(dá)到一致性以及簡(jiǎn)化的目的，在全部的實(shí)施例中，相似的特征以相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)不。參閱圖8，其顯示圖像感測(cè)元件30B，圖像感測(cè)元件30B與上述圖像感測(cè)元件30A 之間的一個(gè)差異為圖像感測(cè)元件30B沒(méi)有使用再結(jié)晶硅層的方法去施加偏壓在隔絕阱上。 取而代之，當(dāng)內(nèi)連線結(jié)構(gòu)240形成時(shí)，在摻雜溝槽襯墊上形成一個(gè)或多個(gè)接點(diǎn)/導(dǎo)通孔，例如在溝槽襯墊110上形成接點(diǎn)/導(dǎo)通孔320和321，這些接點(diǎn)/導(dǎo)通孔320-321電性耦接至溝槽襯墊110，并且也可經(jīng)由內(nèi)連線結(jié)構(gòu)MO電性耦接至外部元件。因此，接點(diǎn)/導(dǎo)通孔在外部元件與圍繞輻射檢測(cè)元件160-161的隔絕阱之間建立電性連接，然后單一的電壓(例如接地)可以施加至全部的隔絕阱，使得這些隔絕阱不再是浮動(dòng)的。參閱圖9，其顯示圖像感測(cè)元件30C，圖像感測(cè)元件30C與上述圖像感測(cè)元件30A 之間的一個(gè)差異為圖像感測(cè)元件30C的DTI特征130和131從背面45形成，換言之，DTI 特征130-131從背面45朝向正面40延伸，然而，DTI特征130-131不會(huì)沿著全部的路徑延伸至基底35的正面。淺溝槽隔絕特征330和331從基底的正面40形成，并且分別大約對(duì)齊DTI特征130和131。在圖9的實(shí)施例中，STI特征330-331分別與DTI特征130-131接觸(或大約接觸)，另外，摻雜阱區(qū)180延伸至左側(cè)，使得STI特征330-331以及部分的DTI 特征130-131也設(shè)置在摻雜阱區(qū)180內(nèi)，因此，摻雜阱區(qū)180也可視為圍繞輻射檢測(cè)元件 160-161的隔絕阱的一部分。在此實(shí)施例中，DTI特征130-131以及STI特征330-331 (以及圍繞他們的隔絕阱) 共同作為隔絕結(jié)構(gòu)，以避免輻射檢測(cè)元件160-161之間的電性與光學(xué)的串音干擾，同時(shí)，使用再結(jié)晶硅的方式施加偏壓至隔絕阱。參閱圖10，其顯示圖像感測(cè)元件30D，圖像感測(cè)元件30D合并圖像感測(cè)元件30B與 30C的概念，特別是圖像感測(cè)元件30D使用圖像感測(cè)元件30C的STI/DTI結(jié)合的方式，并且也使用導(dǎo)通孔/接點(diǎn)320-321施加偏壓至隔絕阱，以取代使用再結(jié)晶硅層的方式，導(dǎo)通孔/ 接點(diǎn)320-321形成在圍繞STI特征330的摻雜阱區(qū)180的一部分上。參閱圖11，其顯示圖像感測(cè)元件30E，圖像感測(cè)元件30E與圖像感測(cè)元件30D類(lèi)似，除了 STI特征330-331以及DTI特征130-131沒(méi)有互相鄰接之外。取而代之，間隙(或摻雜阱區(qū)180的一部分)分別將STI特征330-331與DTI特征130-131分開(kāi)，因此，在此實(shí)施例中，隔絕阱都耦接至摻雜阱區(qū)180，并且可通過(guò)施加偏壓至摻雜阱區(qū)180而對(duì)隔絕阱施加偏壓。結(jié)果，在此實(shí)施例中沒(méi)有使用接點(diǎn)/導(dǎo)通孔耦接至隔絕阱，也沒(méi)有使用再結(jié)晶硅層。
參閱圖12，其顯示圖像感測(cè)元件30F，除了沒(méi)有形成STI特征330-331之外，圖像感測(cè)元件30F與圖像感測(cè)元件30E類(lèi)似。再次地，圖像感測(cè)元件30F使用摻雜阱區(qū)180對(duì)圍繞輻射檢測(cè)元件160-161的隔絕阱施加偏壓，以取代使用接點(diǎn)/導(dǎo)通孔或再結(jié)晶硅層對(duì)隔絕阱施加偏壓的方式。相較于傳統(tǒng)的BSI圖像感測(cè)元件，上述圖2至圖12所示的各種實(shí)施例提供許多優(yōu)點(diǎn)，然而，可以理解的是，不同的實(shí)施例可提供不同的好處，并且在全部的實(shí)施例中不需要具備特定的優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)之一為降低圖像感測(cè)元件內(nèi)的串音干擾，傳統(tǒng)上使用淺溝槽隔絕元件隔絕相鄰的像素，STI元件相對(duì)較短的深度會(huì)阻礙STI元件的能力，而無(wú)法充分地隔絕相鄰像素，因?yàn)樾孤┑碾姾奢d體可能會(huì)從STI元件底下或繞過(guò)STI元件移動(dòng)而到達(dá)相鄰的像素。相較而言，此公開(kāi)的實(shí)施例使用深溝槽隔絕特征隔絕相鄰的像素，DTI元件相對(duì)較長(zhǎng)的深度可充分地阻礙相鄰像素之間的串音干擾，泄漏的電荷載體很難繞過(guò)DTI元件移動(dòng)。另一優(yōu)點(diǎn)為所形成的摻雜溝槽襯墊具有相對(duì)均勻的摻雜輪廓，傳統(tǒng)的圖像感測(cè)元件可能根本不具有摻雜溝槽襯墊，或者如果有的話，是在溝槽隔絕特征底下具有摻雜區(qū)，但是在溝槽隔絕特征的側(cè)壁背后沒(méi)有摻雜區(qū)。因此，傳統(tǒng)的溝槽隔絕特征無(wú)法充分地捕捉沿著溝槽側(cè)壁的缺陷。在此公開(kāi)中，溝槽襯墊均勻的摻雜輪廓讓摻雜溝槽襯墊充分地抑制沿著深溝槽表面的缺陷，并再次降低串音干擾。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為在此所討論的隔絕阱是經(jīng)由各種方式被施加相同的電位(例如電性接地)，例如使用再結(jié)晶硅層，形成接點(diǎn)/導(dǎo)通孔耦接隔絕阱，或使用摻雜阱區(qū)，因此，隔絕阱不再是電性浮動(dòng)的，其會(huì)改善圖像感測(cè)元件的性能。另外，可進(jìn)行額外的工藝完成圖像感測(cè)元件30A-30F的制造，例如，可在背面45之上形成抗反射涂層(anti-reflective coating ；ARC)，ARC層降低朝向背面45投射的輻射波的反射。之后，可在ARC層上形成彩色濾光層，彩色濾光層可過(guò)濾具有特定波長(zhǎng)范圍的輻射波，其可對(duì)應(yīng)至特定光色，例如，紅、綠或藍(lán)。因此，使用彩色濾光層可以只讓具有預(yù)定顏色的光到達(dá)輻射檢測(cè)元件160-161。之后，可在彩色濾光層之上形成微透鏡層，經(jīng)由微透鏡層讓輻射朝向輻射檢測(cè)元件160-161直接投射。微透鏡層可用各種排列方式設(shè)置位置，并且具有各種形狀，其取決于微透鏡層的材料的折射率，以及從圖像感測(cè)元件30A-30F的表面到達(dá)微透鏡層的距離。為了簡(jiǎn)化附圖，ARC層、彩色濾光層以及微透鏡層并未繪出。圖像感測(cè)元件30A-30F可包含額外的元件，例如電荷耦合元件(CXD)以及輸入/ 輸出電路，其為像素提供操作上的環(huán)境，并且提供像素與外部的交流，為了簡(jiǎn)化附圖，這些元件也未繪出。雖然本發(fā)明已公開(kāi)較佳實(shí)施例如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可了解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種包含背照式圖像感測(cè)元件的裝置，其中該背照式圖像感測(cè)元件包括一基底，具有一正面及一背面；一輻射檢測(cè)元件，形成于該基底內(nèi)，該輻射檢測(cè)元件用于檢測(cè)經(jīng)由該背面進(jìn)入該基底的一輻射波；以及一隔絕結(jié)構(gòu)，形成于該基底內(nèi)，且鄰接該輻射檢測(cè)元件，該隔絕結(jié)構(gòu)包含一深溝槽隔絕元件與一摻雜溝槽襯墊，該摻雜溝槽襯墊至少部分地圍繞該深溝槽隔絕元件。
2.如權(quán)利要求1所述的包含背照式圖像感測(cè)元件的裝置，其中該摻雜溝槽襯墊順應(yīng)該深溝槽隔絕元件而形成，且具有一均勻的摻雜輪廓。
3.如權(quán)利要求1所述的包含背照式圖像感測(cè)元件的裝置，其中該背照式圖像感測(cè)元件還包含一內(nèi)連接結(jié)構(gòu)，形成于該基底的該正面之上，該內(nèi)連接結(jié)構(gòu)具有一接點(diǎn)，形成于該摻雜溝槽襯墊上。
4.如權(quán)利要求1所述的包含背照式圖像感測(cè)元件的裝置，其中該背照式圖像感測(cè)元件還包含一再結(jié)晶硅層，形成于該基底的該背面之上，其中該背照式圖像感測(cè)元件具有一像素區(qū)及一周邊區(qū)，該輻射檢測(cè)元件與該隔絕結(jié)構(gòu)形成于該像素區(qū)內(nèi)，且其中該再結(jié)晶硅層形成于該像素區(qū)與該周邊區(qū)兩者之上，且電性耦接至該摻雜溝槽襯墊。
5.如權(quán)利要求1所述的包含背照式圖像感測(cè)元件的裝置，其中該輻射檢測(cè)元件具有一正面及一背面，且其中該背照式圖像感測(cè)元件還包含一第一插梢植入層，形成于該輻射檢測(cè)元件的該正面之上；以及一第二插梢植入層，形成于該輻射檢測(cè)元件的該背面之上，其中該第一與該第二插梢植入層各自電性耦接至該摻雜溝槽襯墊，且具有與該摻雜溝槽襯墊相同的摻雜極性。
6.如權(quán)利要求1所述的包含背照式圖像感測(cè)元件的裝置，其中 該輻射檢測(cè)元件包含一光電二極管，摻雜有一第一型摻雜物；該深溝槽隔絕元件包含氧化物材料，且其深度范圍在1 μ m至3 μ m之間；以及該摻雜溝槽襯墊包含與該第一型摻雜物相反的一第二型摻雜物。
7.如權(quán)利要求1所述的包含背照式圖像感測(cè)元件的裝置，其中該深溝槽隔絕元件從該背面延伸，且其中該隔絕結(jié)構(gòu)還包含一淺溝槽隔絕元件，從該正面延伸且與該深溝槽隔絕元件對(duì)齊。
8.一種圖像感測(cè)元件的制造方法，包括 提供一基底，具有一正面及一背面；在該基底內(nèi)形成一隔絕結(jié)構(gòu)，該隔絕結(jié)構(gòu)包含一深溝槽隔絕元件與一摻雜溝槽襯墊， 該摻雜溝槽襯墊至少部分地圍繞該深溝槽隔絕元件；以及在該基底內(nèi)形成一輻射檢測(cè)元件，該輻射檢測(cè)元件鄰接該隔絕結(jié)構(gòu)，且用于檢測(cè)經(jīng)由該背面進(jìn)入該基底的一輻射波。
9.如權(quán)利要求8所述的圖像感測(cè)元件的制造方法，其中形成該隔絕結(jié)構(gòu)的步驟包含 蝕刻該基底，形成一開(kāi)口在該基底內(nèi)，該開(kāi)口的深度大于Iym;對(duì)該開(kāi)口暴露出的表面進(jìn)行一等離子體擴(kuò)散工藝，形成該摻雜溝槽襯墊；以及之后在該開(kāi)口內(nèi)填充一介電材料，形成該深溝槽隔絕元件。
10.如權(quán)利要求8所述的圖像感測(cè)元件的制造方法，還包含在該基底的該背面之上形成一非晶硅層；以及在該非晶硅層上進(jìn)行一激光退火工藝，使該非晶硅層熔融且再結(jié)晶。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種含背照式圖像感測(cè)元件的裝置及圖像感測(cè)元件的制造方法，該圖像感測(cè)元件包含基底，具有正面以及相對(duì)于正面的背面，圖像感測(cè)元件也包含形成于基底內(nèi)的輻射檢測(cè)元件，輻射檢測(cè)元件用于檢測(cè)經(jīng)由背面進(jìn)入基底的輻射波，圖像感測(cè)元件還包含深溝槽隔絕特征，其設(shè)置鄰接輻射檢測(cè)元件，圖像感測(cè)元件還包含摻雜層，其以順應(yīng)性的方式至少部分地圍繞深溝槽隔絕特征。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一為降低圖像感測(cè)元件內(nèi)的串音干擾。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102347338SQ20111003817
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月27日
發(fā)明者劉人誠(chéng), 莊俊杰, 楊敦年, 陳思瑩 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司