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CN111009535A - 包含非晶区和电子抑制区的图像传感器及其制造方法 - Google Patents

包含非晶区和电子抑制区的图像传感器及其制造方法 Download PDF

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CN111009535A
CN111009535A CN201910891841.9A CN201910891841A CN111009535A CN 111009535 A CN111009535 A CN 111009535A CN 201910891841 A CN201910891841 A CN 201910891841A CN 111009535 A CN111009535 A CN 111009535A
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CN
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image sensor
pixel
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洪贤基
金局泰
金振均
洪守珍
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Samsung Electronics Co Ltd
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Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

提供了图像传感器及其制造方法。图像传感器包括含有多个像素区域的衬底。所述衬底具有第一表面和与第一表面相对的第二表面。所述图像传感器包括从衬底的第二表面向衬底的第一表面延伸并将所述多个像素区域彼此分离的深像素隔离区。所述图像传感器包括邻近所述深像素隔离区的侧壁的非晶区。而且，所述图像传感器包括在所述非晶区与所述深像素隔离区的侧壁之间的电子抑制区。

Description

包含非晶区和电子抑制区的图像传感器及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年10月8日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0120034的优先权，该申请的公开以引用方式全文并入本文中。
技术领域
本公开涉及一种图像传感器。
背景技术
图像传感器将光学图像转换为电信号。图像传感器可以分为电荷耦合器件(CCD)型或互补金属氧化物半导体(CMOS)型。术语“CIS”是CMOS型图像传感器(CMOS type ImageSensor)的缩写。CIS可以包含多个二维排列的像素。每个像素包括光电二极管(PD)。光电二极管用于将入射光转换为电信号。
发明内容
本发明构思的一些示例实施例提供了一种能够抑制暗电流的图像传感器。
本发明构思的一些示例实施例提供了一种能够改善感光性的图像传感器的制造方法。
根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器可以包括：包括多个像素区域的衬底。所述衬底可以包括第一表面和与第一表面相对的第二表面。所述图像传感器可以包括在衬底的第一表面上的传输栅极。所述图像传感器包括从衬底的第二表面向衬底的第一表面延伸并将多个像素区域彼此分离的深像素隔离区。所述图像传感器可以包括邻近深像素隔离区的侧壁的非晶区。而且，所述图像传感器可以包括位于所述非晶区与所述深像素隔离区的侧壁之间的电子抑制区。所述电子抑制区可以包括硼离子。
根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器可以包括：包括多个像素区域的衬底。所述衬底可以具有第一表面和与第一表面相对的第二表面。所述图像传感器可以包括在衬底中邻近第一表面的浅器件隔离区。所述图像传感器可以包括从第二表面向第一表面延伸并将所述多个像素区域彼此分离的深像素隔离区。所述深像素隔离区可以与浅器件隔离区接触。所述图像传感器可以包括分别邻近所述深像素隔离区的侧壁和所述浅器件隔离区的侧壁的非晶区。而且，所述图像传感器可以包括位于所述非晶区与所述深像素隔离区的侧壁和所述浅器件隔离区的侧壁之间的电子抑制区。
根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器可以包括：包括多个像素区域的衬底。所述衬底可以具有第一表面和与第一表面相对的第二表面。所述图像传感器可以包括在衬底中邻近第一表面的器件隔离区。所述图像传感器可以包括从第二表面向第一表面延伸并将所述多个像素区域彼此分离的深像素隔离区。所述图像传感器可以包括邻近所述深像素隔离区的侧壁的非晶区。而且，所述图像传感器可以包括位于所述非晶区与所述深像素隔离区的侧壁之间的电子抑制区。所述器件隔离区的一部分可以包括碳离子、锗离子、或碳离子和锗离子二者。
根据本发明构思的一些示例实施例的一种制造图像传感器的方法，可以包括：刻蚀衬底以形成将多个像素区域彼此分离的多个深像素沟槽。所述方法可以包括：执行第一等离子掺杂处理，来用碳离子、锗离子、或者碳离子和锗离子两者掺杂衬底，从而形成在衬底中邻近所述多个深像素沟槽的侧壁及底表面第一非晶区。所述方法可以包括：执行第二等离子掺杂处理，来用硼离子掺杂衬底，从而形成在衬底中邻近所述多个深像素沟槽的侧壁及底表面的第一电荷抑制区。所述方法可以包括：进行退火过程。而且，所述方法可以包括：在所述多个深像素沟槽中形成多个深像素隔离区。
附图说明
图1示出了展示根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的平面图。
图2示出了沿图1中的线I-I'截取的剖面图。
图3示出了展示根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的电路图。
图4到图8示出了展示具有图2的剖面的图像传感器的制造方法的剖面图。
图9示出了沿图1的线I-I'截取的剖面图。
图10至图12示出了展示具有图9的剖面的图像传感器的制造方法的剖面图。
图13示出了沿图1的线I-I'截取的剖面图。
图14示出了沿图1的线I-I'截取的剖面图。
图15示出了沿图1的线I-I'截取的剖面图。
图16和图17示出了展示具有图15的剖面的图像传感器的制造方法的剖面图。
图18示出了展示根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的平面图。
图19示出了沿图18的线II-II'截取的剖面图。
图20示出了展示具有图19的剖面的图像传感器的制造方法的剖面图。
图21示出了沿图18的线II-II'截取的剖面图。
具体实施方式
现在将参照附图详细描述本发明构思的一些示例实施例。
图1示出了展示根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的平面图。图2示出了沿图1的线I-I'截取的剖面图。图3示出了展示根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的电路图。
参照图1和图2，可以设置包括多个像素区域UP1和UP2的衬底1。多个像素区域UP1和UP2可以包括第一像素区域UP1和第二像素区域UP2。第一像素区域UP1可以沿第一方向X直线地排列。第二像素区域UP2可以沿第一方向X直线地排列。第一像素区域UP1在第二方向Y上与第二像素区域UP2隔开，其中第二方向Y与第一方向X相交。衬底1可以具有彼此相对/面对的第一表面1a和第二表面1b。衬底1的第一表面1a可以称为正面，在该表面上设置了驱动晶体管。第二表面1b可以称为背面。光可以通过第二表面1b射入。根据本发明构思的实施例的图像传感器可以是背侧受光式图像传感器。衬底1可以是单晶硅晶圆或外延硅层。衬底1可以用P型杂质进行掺杂。例如，衬底1可以用硼进行掺杂。
衬底1中可以设置有将第一像素区域UP1与第二像素区域UP2相互分隔的深像素隔离区DTI。在本文中，术语“区”指一个区域，如隔离区域。深像素隔离区DTI可以设置在形成于衬底1中的深像素沟槽5中。深像素隔离区DTI可以从衬底1的第一表面1a延伸至触及第二表面1b。深像素隔离区DTI可以穿透衬底1。深像素隔离区DTI可以包括氧化硅层、氮化硅层和氮氧化硅层中的至少一个。深像素隔离区DTI的宽度可以随着其从第一表面1a靠近第二表面1b而减小。
衬底1中可以设置有在由深像素隔离区DTI相互分隔开的第一像素区域UP1中的每一个内的第一光电转换区PD1。在一些实施例中，衬底1中还可以设置有在由深像素隔离区DTI彼此分隔开的第二像素区域UP2中的每一个内的第二光电转换区PD2(图3)。第一光电转换区PD1可以掺有其导电类型与衬底1中掺杂的杂质的导电类型相反的杂质，如N型杂质。可以由第一光电转换区PD1和第二光电转换区PD2与衬底1的P型杂质区形成PN结，当光线射入时产生电子空穴对。
在第一像素区域UP1和第二像素区域UP2中的每一个上，衬底1中可以设置有限定出其上用于形成驱动晶体管有源区的浅器件隔离区STI。可以在浅器件沟槽3内设置浅器件隔离区STI。浅器件隔离区STI可以设置为邻近第一表面1a。深像素隔离区DTI可以穿透浅器件隔离区STI。深像素隔离区DTI的顶表面可以与浅器件隔离区STI的顶表面共面。浅器件隔离区STI可以至少包括含氧化硅层、氮化硅层和氮氧化硅层中的至少一个。
在第一像素区域UP1上，可以在衬底1的第一表面1a上设置第一传输栅极TG1。在第二像素区域UP2上，可以在衬底1的第一表面1a上设置第二传输栅极TG2。在第一像素区域UP1和第二像素区域UP2中的每一个上，衬底1可以具有邻近第一表面1a的凹槽13。凹槽13可以对应地覆盖第一传输栅极TG1和第二传输栅极TG2(或被第一传输栅极TG1和第二传输栅极TG2覆盖)。第一传输栅极TG1和第二传输栅极TG2的一部分可以延伸进并填充凹槽13。栅极介电层Gox可以插入到衬底1与第一传输栅极TG1和第二传输栅极TG2中的每一个之间。栅极介电层Gox可以与第一光电转换区PD1和第二光电转换区PD2相分隔。栅极介电层Gox可以包括氧化硅层。
栅极覆盖图案15可以设置于第一传输栅极TG1和第二传输栅极TG2中的每一个的顶表面上。栅极间隔件17可以位于第一传输栅极TG1和第二传输栅极TG2中的每一个的侧壁上(例如，可以覆盖第一传输栅极TG1和第二传输栅极TG2中的每一个的侧壁)。栅极覆盖图案15和栅极间隔件17可以由例如氮化硅层形成。
第一浮置扩散区FD1可以设置在衬底1内并与第一传输栅极TG1相邻，第二浮置扩散区FD2可以设置在衬底1内并与第二传输栅极TG2相邻。第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2可以掺有其导电类型与衬底1中掺杂的杂质的导电类型相反的杂质，如N型杂质。欧姆层19可以设置在第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2中的每一个上。欧姆层19可以由金属硅化物层形成。
如图1所示，在每一个第一像素区域UP1上，可以在衬底1的第一表面1a上设置复位栅极RG。复位栅极RG可以与第一传输栅极TG1相互分隔开。源极/漏极区可以设置在衬底1中并与复位栅极RG相邻。在每一个第二像素区域UP2上，衬底1的表面1a上可以设置有彼此分隔开的选择栅极SEL和源极跟随器栅极SF。选择栅极SEL和源极跟随器栅极SF可以与第二传输栅极TG2分隔开。源极/漏极区可以设置在衬底1中并与选择栅极SEL和源极跟随器栅极SF相邻。
栅极TG1、TG2、RG、SEL和SF可以用多个层间介电层21覆盖。多个层间介电层21中的最下一层可以在其中设置有相应地电连接至第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2的接触插塞23。层间介电层21可以包括氧化硅层、氮化硅层、氮氧化硅层和多孔介电层中的至少一个。可将接触插塞23耦接到层间介电层21之间的连接线25。可将钝化层30设置在层间介电层21上。例如，钝化层30可以包括氮化硅层。
衬底1的第二表面1b可以与固定电荷层35相接触。固定电荷层35可以由含氧量(例如，浓度)小于其化学计量比(stoichiometric ratio)的金属氧化层形成，或者由含氟量(例如，浓度)小于其化学计量比的金属氟化层形成。固定电荷层35可以具有负的固定电荷。固定电荷层35可以包括金属氧化物和金属氟化物中的一个，所述金属氧化物和金属氟化物包括从由铪(Hf)、锆(Zr)、铝(Al)、钽(Ta)、钛(Ti)、镱(Y)以及镧系元素组成的组中选择的至少一种金属。固定电荷层35可以设置在深像素隔离区DTI的边缘，并且可以与衬底1相接触。另外，固定电荷层35可以延伸为覆盖衬底1的第二表面1b。固定电荷层35可以抑制暗电流和白斑问题。
滤色器CF可以设置在固定电荷层35上。微透镜ML可以设置在对应的滤色器CF上。滤色器CF可以具有例如红色、绿色和蓝色中的一种。
衬底1中可以设置有邻近深像素隔离区DTI的侧壁的非晶区7。非晶区7可以与第一光电转换区PD1和第二光电转换区PD2互相分隔开。非晶区7可以用碳离子和/或锗离子进行掺杂。电子抑制区9可以介于非晶区7与深像素隔离区DTI的侧壁之间。如本文中所用，术语“电子抑制”指抑制/阻挡电子。电子抑制区9可以掺有其导电类型与衬底1中掺杂的杂质的导电类型相同的杂质。电子抑制区9中掺杂的杂质的浓度可以比衬底1中掺杂的杂质的浓度更高。例如，电子抑制区9可以用硼离子进行掺杂。电子抑制区9中掺杂的硼的浓度可以比衬底1中掺杂的硼的浓度更高。电子抑制区9可以额外掺有碳离子和/或锗离子。电子抑制区9可以与深像素隔离区DTI的侧壁或深像素沟槽5的内壁/侧壁接触。电子抑制区9和非晶区7可以沿着深像素隔离区DTI的侧壁、从衬底1的第二表面1b到浅器件隔离区STI的底表面均匀分布(例如，可以在与第一方向X和第二方向Y相交的Z方向上延伸相同的长度)。在一些实施例中，电子抑制区9与非晶区7在Z方向上可以长于第一光电转换区PD1。
在第二方向Y上彼此相邻的第一像素区域UP1和第二像素区域UP2可以共享复位栅极RG、源极跟随器栅极SF和选择栅极SEL。在一些实施例中，连接线与接触插塞可以分别将在第二方向Y上彼此相邻的第一像素区域UP1的第一浮置扩散区FD1和第二像素区域UP2的第二浮置扩散区FD2电连接。在第一像素区域UP1和第二像素区域UP2内所产生的电荷可以顺序地传输。
参照图1到图3，首先，可以对包括复位栅极RG的复位晶体管的漏极和包括源极跟随器栅极SF的源极跟随器晶体管的漏极施加电源电压，将第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2中剩余的电荷泄放。之后，当复位晶体管关断且对第一传输栅极TG1施加电压时，第一光电转换区PD1内产生的电荷可传输至第一浮置扩散区FD1，并在第一浮置扩散区FD1内积累。源极跟随器栅极SF的偏置可与所积累的电荷的量成比例地改变，这会引起源极跟随器晶体管的源极电位的改变。这种情况下，当包括选择栅极SEL的选择晶体管导通时，由电荷导致的信号/包括电荷的信号可以从信号读出线Vout读出。此后，可以对第二像素区域UP2执行相同的步骤/处理。
根据本发明构思的图像传感器可以包括与深像素隔离区DTI的侧壁相邻的电子抑制区9和非晶区7。深像素隔离区DTI的侧壁或深像素沟槽5的内壁/侧壁可能会有由于刻蚀损伤而导致的晶体缺陷或悬空键。可以进行退火处理来矫正这样的晶体缺陷，然而，可能难以完全矫正晶体缺陷。此外，退火处理可能无法完全去除悬空键。晶体缺陷或悬空键可以成为陷阱点。当发光二极管在存在陷阱点的情况下由光产生光电子时，一些光电子可能被陷阱点捕捉，因此可能造成光的损失。悬空键可能产生电子而且所产生的电子可能流入到第一光电转换区PD1和第二光电转换区PD2，这会导致暗电流特性的劣化。因此，在完全无光的黑暗状态下，会出现白斑。然而，电子抑制区9中掺杂的硼离子可以阻止电子的迁移以抑制光的损失并改善暗电流特性。
图4至图8示出了展示制造具有图2的剖面的图像传感器的方法的剖面图。
如图1和图4所示，可制备包括多个像素区域UP1和UP2的衬底1。可以通过刻蚀衬底1的邻近衬底1的第一表面1a的部分来形成浅器件沟槽3。可用介电层填充浅器件沟槽3并随后可对其进行平坦化处理，以在浅器件沟槽3内形成限定衬底1的有源区的浅器件隔离区STI。
如图1和图5所示，可以在衬底1的第一表面1a上形成第一掩模图案MK1。第一掩模图案MK1可以是例如光刻胶图案。第一掩模图案MK1可以具有限定深像素隔离区DTI的位置的开口，将参照图7在下文对其予以说明。可以进行刻蚀处理来形成深像素沟槽5，在该刻蚀处理中，使用第一掩模图案MK1作为刻蚀掩模来对浅器件隔离区STI和衬底1的一部分进行图案化。刻蚀处理有可能在深像素沟槽5的内壁/侧壁上(在一个或多个位置上)引起刻蚀损伤，该刻蚀损伤可能会产生晶体缺陷或悬空键。深像素沟槽5可以形成为具有与衬底1的第二表面1b间隔开的底表面。
可以执行第一等离子掺杂处理P1，以在衬底1的与深像素沟槽5的底表面和内壁/侧壁相邻(和/或限定深像素沟槽5的底表面和内壁/侧壁)的部分上形成非晶区7。第一等离子掺杂处理P1可将碳离子和/或锗离子注入到非晶区7中，以将衬底1的该部分由结晶结构变为非晶结构。可以提供甲烷和乙烷中的至少一种作为源材料来注入碳离子。可替换地，可以提供锗源材料来注入锗离子。处理腔室可以接收气态下的这些源材料。当在源材料等离子化后将高电压偏置施加于其上装载了衬底1的静电卡盘时，等离子体的碳阳离子或锗阳离子可以被加速并注入到衬底1中。等离子掺杂即使在极深的部分处也可以获得均匀掺杂，并且可以提高掺杂速度。由于深像素沟槽5比浅器件沟槽3相对更窄更深，因此，束线离子注入工艺很难或不可能在非晶区7的深度方向上均匀地形成非晶区7。非晶区7可以形成为具有与衬底1的第二表面1b间隔开的底表面。
参照图1和图6，形成有非晶区7的衬底1可以经受第二等离子掺杂处理P2，以在非晶区7的一部分上形成电子抑制区9。例如，第二等离子掺杂处理P2可以将硼离子注入非晶区7以形成电子抑制区9。可以提供BF3和B2H6中的至少一种作为源材料来注入硼离子。处理腔室可以接收气态下的这种源材料。当在源材料等离子化之后将高电压偏置施加于其上装载了衬底1的静电卡盘时，等离子的硼阳离子可以被加速并注入到衬底1中。与束线离子注入工艺相比，等离子掺杂工艺即使在极深的位置也可以实现均匀掺杂，并可以提高掺杂速度。由于电子抑制区9是在非晶区7的部分上形成的，因此，电子抑制区9也可以掺有注入到非晶区7内的碳离子和/或锗离子。
如图7所示，可以将第一掩模图案MK1移除，以暴露衬底1的第一表面1a。当第一掩模图案MK1由光刻胶图案形成时，可以进行灰化处理来移除第一掩模图案MK1。可以进行退火处理。退火处理可以在约1000℃或更高的温度下进行。退火处理可以弥补/修复由于对深像素沟槽5的内壁/侧壁的刻蚀损伤而造成的晶体缺陷。当缺少非晶区7时，注入到电子抑制区9内的硼离子可能扩散到衬底1中。当掺杂到电子抑制区9内的硼离子扩散接近第一光电转换区PD1和第二光电转换区PD2(将参照图1和图8在下文对其予以说明)时，PN结的耗尽区会受影响而减少完全电容(FWC)特性，这将导致感光度下降。但是，根据本发明构思，非晶区7可以包括非晶晶体结构，以阻碍/防止/抑制硼离子的扩散。非晶区7可以充当扩散阻断层来阻止/防止硼离子从电子抑制区9扩散。因而非晶区7可以禁止FWC特性的劣化并提高感光度。
介电层可以堆叠在衬底1的整个表面(例如，整个第一表面1a)上，并且可以进行平坦化处理以在深像素沟槽5内形成深像素隔离区DTI。
虽然本文中关于图7的讨论描述了在形成深像素隔离区DTI之后进行退火处理的示例，但是所述退火处理也可以先于深像素隔离区DTI的形成而进行。
参照图1及图8，可以进行离子注入处理，用其导电类型与衬底1内掺杂的杂质的导电类型相反的杂质对衬底1进行掺杂，从而分别在衬底1中在第一像素区域UP1和第二像素区域UP2上形成第一光电转换区PD1和第二光电转换区PD2。第一光电转换区PD1和第二光电转换区PD2可以在形成图4的浅器件隔离区STI之前形成，或者在形成图4的浅器件隔离区STI之后形成。可以对衬底1的第一表面1a进行局部刻蚀来形成凹槽13。可以进行热氧化处理，以在衬底1的第一表面1a上形成栅极介电层Gox。导电层和覆盖层可以堆叠在衬底1的第一表面1a上，然后被图案化以形成第一传输栅极TG1和第二传输栅极TG2、复位栅极RG、选择栅极SEL、源极跟随器栅极SF和栅极覆盖图案15。间隔件层可以共形地堆叠在衬底1的第一表面1a上，之后被各向刻蚀以形成栅极间隔件17，其覆盖第一传输栅极TG1和第二传输栅极TG2的侧壁、复位栅极RG的侧壁、选择栅极SEL的侧壁、源极跟随器栅极SF的侧壁以及栅极覆盖图案15的侧壁。
可以进行离子注入处理，从而在衬底1中分别与第一传输栅极TG1和第二传输栅极TG2相邻地形成第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2。在本步骤中，源极/漏极区可以在衬底1中形成为与复位栅极RG、选择栅极SEL和源极跟随器栅极SF相邻。可以进行硅化处理，以在暴露的衬底1的第一表面1a上形成欧姆层19。可以在衬底1的第一表面1a上形成层间介电层21、接触插塞23、连接线25和钝化层30。
如图1和图2所示，可以进行研磨处理，来部分地移除衬底1的第二表面1b，使深像素隔离区DTI的底表面暴露。研磨处理也可以移除非晶区7和电子抑制区9的与深像素沟槽5的底表面相邻的部分。可以在衬底1的第二表面1b上形成固定电荷层35。可以在固定电荷层35上顺序地形成滤色器CF和微透镜ML。
图9示出了沿图1的线I-I'截取的剖面图。
参照图9，根据一些实施例的图像传感器可以被构造为使得第一非晶区7可以在衬底1中设置为邻近深像素隔离区DTI的侧壁。第一电子抑制区9可以介于非晶区7与深像素隔离区DTI的侧壁之间。第二非晶区37可以在衬底1中设置为邻近浅器件隔离区STI的侧壁。第二电子抑制区39可以介于第二非晶区37与浅器件隔离区STI的侧壁之间。第二非晶区37和第二电子抑制区39可以邻近浅器件隔离区STI的底表面。第二电子抑制区39可以与浅器件隔离区STI的底表面和侧壁相接触。第一电子抑制区9和第二电子抑制区39均可以用与衬底1中掺杂的杂质相同的杂质进行掺杂，并且可具有比衬底1的杂质浓度更高的杂质浓度。例如，第一电子抑制区9和第二电子抑制区39可以用硼离子掺杂。第一电子抑制区9和第二电子抑制区39还可以额外掺有碳离子和/或锗离子。第一非晶区7和第二非晶区37可以用碳离子和/或锗离子进行掺杂。
第二非晶区37和第二电子抑制区39可以延伸至第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2。因此，第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2中的每一个都可以包括第二非晶区37的掺有碳离子和/或锗离子的一部分。如图9所示的图像传感器的其它构造可以与参照图1以及图2讨论的构造相同或相似。
如图9所示的图像传感器可以构造为使得深像素隔离区DTI具有邻近第一电子抑制区9的侧壁以抑制电子的迁移，并且使得浅器件隔离区STI具有邻近第二电子抑制区39的侧壁以抑制电子的迁移。如此，图像传感器可以成功地阻止/防止光损失并可靠地改善暗电流特性。第一非晶区7和第二非晶区37可以抑制掺杂到第一电子抑制区9和第二电子抑制区39中的硼离子的扩散。
图10到图12示出了展示制造具有图9的剖面的图像传感器的方法的剖面图。
如图1和图10所示，可以在衬底1的第一表面1a上形成第二掩模图案MK2，以使其具有限定浅器件隔离区STI的位置的开口。第二掩模图案MK2可以由例如光刻胶图案形成。浅器件沟槽3可以通过刻蚀处理形成，在该刻蚀处理中，使用第二掩模图案MK2作为刻蚀掩模，部分地刻蚀衬底1的第一表面1a。可以执行第一处理P3，以在衬底1的邻近浅器件沟槽3的底表面和侧壁的部分上形成第二非晶区37。第一处理P3可以是等离子掺杂处理或束线离子注入处理。第二非晶区37可以用碳离子和/或锗离子进行掺杂。当第二非晶区37用碳离子进行掺杂时，可以供应甲烷和乙烷中的至少一种作为源材料。
参照图11，可以进行第二处理P4，以在第二非晶区37的一部分中形成第二电子抑制区39。第二处理P4可以是等离子掺杂处理或束线注入处理。第二电子抑制区39可以用硼离子进行掺杂。可以供应BF3和B2H6中的至少一种作为源材料来形成第二电子抑制区39。
如图12所示，可以用包括从氧化硅层、氮化硅层和氮氧化硅层中选取的至少一种的一个或多个介电层填充浅器件沟槽3，之后可以进行平坦化处理以形成浅器件隔离区STI。
可以随后执行参照图5至图8讨论的处理。在第二电子抑制区39或浅器件隔离区STI形成之后，可以进行退火处理以弥补/修复在浅器件沟槽3的内壁/侧壁上的刻蚀损伤。可替换地，在第一电子抑制区9或深像素隔离区DTI形成之后，可以进行退火处理以弥补/修复在浅器件沟槽3和深像素沟槽5的内壁/侧壁上的刻蚀损伤。
图13示出了沿图1的线I-I'截取的剖面图。
参照图13，根据一些实施例的图像传感器可以构造为使得深像素隔离区DTI可以包括第一固定电荷层41和介电埋层43。第一固定电荷层41可以与第一电子抑制区9相接触。第一固定电荷层41可以介于介电埋层43与浅器件隔离区STI之间。衬底1的第二表面1b可以与第二固定电荷层35相接触。第一固定电荷层41和第二固定电荷层35可以由含氧量(例如，浓度)小于其化学计算比的金属氧化层构成，或由含氟量(例如，浓度)小于其化学计算比的金属氟化物层构成。介电埋层43可以由包括氧化硅层、氮化硅层和氮氧化硅层中的至少一种的单层或多层构成。图13中所示的图像传感器的其它构造可以和上文中参照图9讨论的图像传感器的构造相同或相似。
可以通过如下方式制造图13的图像传感器：当在如图7所示的步骤/处理中形成深像素隔离区DTI时，在深像素沟槽5的内壁/侧壁和底表面上共形地形成第一固定电荷层41，用介电埋层43填充深像素沟槽5，然后进行平坦化处理。
图14示出了沿图1的线I-I'截取的剖面图。
参照图14，根据一些实施例的图像传感器可以构造为使得深像素隔离区DTI可以包括共形地覆盖深像素沟槽5的内壁/侧壁和底表面的介电衬层45，并且还包括填充深像素沟槽5的导电图案47。介电衬层45可以与第一电子抑制区9相接触。介电衬层45可以介于导电图案47与浅器件隔离区STI之间。介电衬层45可以是包括氧化硅层、氮化硅层和氮氧化硅层中的至少一种的单层结构或多层结构。导电图案47可以包括掺有杂质的多晶硅图案或含金属层。导电图案47可以用作共偏置线。可向导电图案47供应负电压。因此，由于保持了可能出现在深像素隔离区DTI的表面上的空穴(或正电荷)，可以改善暗电流特性。图14中所示的图像传感器的其它构造和制造处理可以与参照图13讨论的图像传感器的构造和制造处理相同或相似。
图15示出了沿图1的线I-I'截取的剖面图。
如图15所示，根据一些实施例的图像传感器可以构造为使得浅器件隔离区STI和深像素隔离区DTI可以共同地连接为单个结构。浅器件沟槽3和深像素沟槽5可以共同地成型为双镶嵌孔(dual damascene hole)结构。非晶区7可以在衬底1中设置为邻近深像素隔离区DTI的侧壁以及浅器件隔离区STI的侧壁和底表面。电子抑制区9可以介于非晶区7与深像素隔离区DTI的侧壁之间、非晶区7与浅器件隔离区STI之间以及非晶区7与浅器件隔离区STI的底表面之间。非晶区7与电子抑制区9可以延伸至第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2内。因此，第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2中的每一个可以具有掺有硼离子和/或锗离子的部分。
图16和图17示出了展示具有图15的剖面的图像传感器的制造方法的剖面图。
如图1和图16所示，可以用第三掩模图案MK3和附属掩模图案对衬底1进行数次刻蚀，来形成包含浅器件沟槽3和深像素沟槽5的双沟槽4。如本文所用，术语“附属”是指附加/备用的图案或区域。可以执行第一等离子掺杂处理P1，以在衬底1的邻近双沟槽4的内壁/侧壁和底表面(和/或限定双沟槽4的内壁/侧壁和底表面)的一部分上形成非晶区7。非晶区7可以掺有碳离子和/或锗离子。可以提供甲烷和乙烷中的至少一种作为源材料来注入碳离子。可替换地，可提供锗源材料以注入锗离子。
参照图17，可以进行第二等离子掺杂处理P2，以在衬底1的与双沟槽4的内壁/侧壁以及底表面相邻的一部分上形成电子抑制区9。电子抑制区9可以具有比非晶区7的掺杂深度更小的掺杂深度。电子抑制区9可以用硼离子进行掺杂。可以提供BF3和B2H6中的至少一种作为源材料以注入硼离子。
之后，参照图15，可将第三掩模图案MK3移除，以暴露衬底1的第一表面1a。可以用堆叠在衬底1的第一表面1a上的绝缘层填充双沟槽4，然后可以进行平坦化处理以在双沟槽4内同时形成浅器件隔离区STI和深像素隔离区DTI。在一些实施例中，即使在具有结构相对复杂的双沟槽4的衬底1中，第一等离子掺杂处理P1和第二等离子掺杂处理P2也可以形成具有均匀的深度(例如，在Z方向上的长度)的非晶区7及电子抑制区9。因此，可以进一步简化制造处理。
图18示出了展示根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的平面图。图19示出了沿图18的线II-II'截取的剖面图。
参照图18和图19，像素区域UP1、UP2、UP3以及UP4可以包括彼此相邻的第一像素区域UP1、第二像素区域UP2、第三像素区域UP3以及第四像素区域UP4。相邻的第一像素区域UP1到第四像素区域UP4可以共享单个浮置扩散区FD。第一像素区域UP1可以包括第一传输栅极TG1和设置在衬底1中的第一光电转换区PD1。第一像素区域UP1可以具有位于其与第二像素区域UP2到第四像素区域UP4相邻的拐角处的第一传输栅极TG1。第二像素区域UP2可以包括第二传输栅极TG2和设置在衬底1中的第二光电转换区PD2。第二像素区域UP2可以具有位于其与第一像素区域UP1、第三像素区域UP3和第四像素区域UP4相邻的拐角处的第二传输栅极TG2。
复位栅极RG、选择栅极SEL和源极跟随器栅极SF可以设置在第三像素区域UP3和第四像素区域UP4的部分上。例如，第三像素区域UP3可以包括第三传输栅极TG3、设置在衬底1中的第三光电转换区PD3、复位栅极RG和源极跟随器栅极SF的一部分。第四像素区域UP4可以包括第四传输栅极TG4、设置在衬底1上的第四光电转换区PD4、选择栅极SEL和源极跟随器栅极SF的其它部分。
第一光电转换区PD1到第四光电转换区PD4可以包括掺有其导电类型(例如，N型)与衬底1中掺杂的杂质的导电类型相反的杂质的杂质掺杂区。浮置扩散区FD可以掺有其导电类型(例如，N型)与衬底1中掺杂的杂质的导电类型相反的杂质。
根据一些实施例的图像传感器可以不包括图2的浅器件隔离区STI。根据一些实施例的图像传感器可以构造为使得深像素沟槽5可以形成为从衬底1的第二表面1b延伸至衬底1的第一表面1a。深像素隔离区DTI可以与衬底1的第一表面1a分隔开。深像素隔离区DTI可以包括覆盖深像素沟槽5的内壁/侧壁和底表面的固定电荷层41，并且还包括填充深像素沟槽5的介电埋层43。深像素隔离区DTI的宽度可以随着深像素隔离区DTI从第二表面1b靠近第一表面1a而减小。固定电荷层41可以延伸至第二表面1b上并且与第二表面1b接触。介电埋层43可以延伸至第二表面1b上延伸并覆盖第二表面1b。
在第二表面1b上，可以在介电埋层43上设置第二钝化层63。第二钝化层63可以由氮化硅层形成。滤色器CF和微透镜ML可以形成在第二钝化层63上。
图像传感器可以包括在衬底1中且邻近第一表面1a的器件隔离区53。与浅器件隔离区STI相似，器件隔离区53可以在形成深像素沟槽5之前形成，并可以限定其上设置了驱动晶体管的有源区。器件隔离区53可以用其导电类型与衬底1中掺杂的杂质的导电类型相同的杂质进行掺杂，并且可以具有比衬底1的杂质浓度更高的杂质浓度。浮置扩散区FD和深像素隔离区DTI可以设置为在浮置扩散区FD与深像素隔离区DTI之间具有位于相邻的第一像素区域UP1到第四像素区域UP4之间的附属器件隔离区54。附属器件隔离区54可以包括其导电类型与器件隔离区53中掺杂的杂质的导电类型相同的杂质。附属器件隔离区54可以具有与器件隔离区53的杂质浓度相等或相似的杂质浓度。在浮置扩散区FD之下，附属器件隔离区54可以阻碍/防止浮置扩散区FD的杂质朝着第二表面1b扩散。
非晶区7和电子抑制区9可以设置在衬底1的邻近深像素隔离区DTI的侧壁的部分上。非晶区7和电子抑制区9可以延伸至深像素沟槽5的底表面附近。非晶区7和电子抑制区9可以介于器件隔离区53与深像素沟槽5的底表面之间以及附属器件隔离区54与深像素隔离沟槽5的底表面之间。可替换地，非晶区7和电子抑制区9可以延伸至器件隔离区53和附属器件隔离区54内。因此，器件隔离区53和附属器件隔离区54可以具有掺有碳离子和/或锗离子的部分。
如图19所示的图像传感器的其他构造可以与参照图1和图2所讨论的构造相同或类似。图像传感器可以与参照图3中示出的电路图所讨论的图像传感器类似地操作，并且可以通过第一像素区域UP1到第四像素区域UP4进行感测。
图20示出了展示具有图19的剖面的图像传感器的制造方法的剖面图。
参照图18到图20，可以在衬底1中形成第一光电转换区PD1、第二光电转换区PD2、第三光电转换区PD3和第四光电转换区PD4。器件隔离区53和附属器件隔离区54可以在衬底1的邻近衬底1的第一表面1a的一部分上形成。第一传输栅极TG1、第二传输栅极TG2、第三传输栅极TG3和第四传输栅极TG4、复位栅极RG、选择栅极SEL和源极跟随器栅极SF可以在衬底1的第一表面1a上形成。浮置扩散区FD可以在彼此相邻的第一像素区域UP1、第二像素区域UP2、第三像素区域UP3和第四像素区域UP4之间的衬底1上形成。多个层间介电层21、接触插塞23、连接线25和第一钝化层30可以在衬底1的第一表面1a上形成。可以进行研磨处理以部分地移除衬底1的第二表面1b，允许衬底1具有期望的厚度。第四掩模图案MK4可以在衬底1的第二表面1b上形成，第四掩模图案MK4可以具有限定深像素隔离区DTI的开口，将在下面对其进行讨论。可以将第四掩模图案MK4用作刻蚀掩模对衬底1进行刻蚀，以形成深像素沟槽5。深像素沟槽5可以暴露器件隔离区53和附属器件隔离区54。非晶区7和电子抑制区9可以如参照图5和图6所讨论的那样来形成。非晶区7和电子抑制区9可以形成为与深像素沟槽5的底表面相邻。因此，非晶区7可以在器件隔离区53和附属器件隔离区54内形成。
之后，返回参照图19，可以移除第四掩模图案MK4，以暴露第二表面1b。固定电荷层41可以共形地形成在衬底1的第二表面1b上。可以在固定电荷层41上形成介电埋层43，来形成填充深像素沟槽5的深像素隔离区DTI。第二钝化层63、滤色器CF以及微透镜ML可以在介电埋层43上形成。
图21示出了沿图18的线II-II'截取的剖面图。
参照图21，根据一些实施例的图像传感器可以构造为使得深像素隔离区DTI可以包括共形地覆盖深像素沟槽5的内壁/侧壁和底表面的介电衬层45，并且还包括填充深像素沟槽5的导电图案47。介电衬层45可以延伸至衬底1的第二表面1b上。导电图案47可以具有与第二表面1b上的介电衬层45共面的顶面。可以在介电衬层45和导电图案47上设置平坦化层61。平坦化层61可以由氧化硅层、或不含颜料的光刻胶层形成。可以将第二钝化层63、滤色器CF和微滤镜ML顺序地设置在平坦化层61上。
在根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器及其制造方法中，可以抑制光损失并且改善暗电流特性。此外，可以禁止FWC特性劣化并改善感光度。
虽然本发明构思已经结合附图中示出的一些示例实施例进行了说明，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离如所附权利要求所限定的本发明构思的范围的情况下可以进行各种改变/修改/替换。

Claims (25)

1.一种图像传感器，包括：
衬底，其包括多个像素区域，所述衬底具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
在所述衬底的第一表面上的传输栅极；
深像素隔离区，其从所述衬底的第二表面向所述衬底的第一表面延伸，并将所述多个像素区域彼此分离；
非晶区，其邻近所述深像素隔离区的侧壁；以及
电子抑制区，其在所述非晶区与所述深像素隔离区的侧壁之间，
其中，所述电子抑制区包括硼离子。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括在所述衬底中的光电转换区，
其中，所述光电转换区在第一方向上与所述非晶区分隔开，并且
其中，所述非晶区在与所述第一方向相交的第二方向上长于所述光电转换区。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括在所述衬底中邻近所述第一表面的浅器件隔离区，
其中，所述非晶区与所述电子抑制区延伸邻近所述浅器件隔离区的底表面。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，
其中，所述非晶区与所述电子抑制区分别包括第一非晶区与第一电子抑制区，并且
其中，所述图像传感器还包括：
第二非晶区，其邻近所述浅器件隔离区的侧壁；以及
第二电子抑制区，其位于所述第二非晶区与所述浅器件隔离区的侧壁之间。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括在所述衬底中在所述传输栅极的一侧的浮置扩散区，
其中，所述浮置扩散区的一部分包括碳离子、锗离子、或碳离子和锗离子两者。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述深像素隔离区与所述第一表面分隔开，并且
其中，所述图像传感器还包括位于所述深像素隔离区与所述第一表面之间的器件隔离区，
其中，所述非晶区和所述电子抑制区在所述深像素隔离区与所述器件隔离区之间延伸。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述深像素隔离区与所述第一表面分隔开，并且
其中，所述图像传感器还包括位于所述深像素隔离区与所述第一表面之间的器件隔离区，
其中，所述器件隔离区的一部分包括碳离子、锗离子、或碳离子和锗离子两者。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述深像素隔离区与所述第一表面分隔开，并且
其中，所述像素传感器还包括：
在所述衬底中位于所述多个像素区域之间的浮置扩散区，所述浮置扩散区邻近所述第一表面；以及
在所述浮置扩散区与所述深像素隔离区之间的器件隔离区，
其中，所述器件隔离区的一部分包括碳离子、锗离子、或碳离子和锗离子两者。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述深像素隔离区包括与所述电子抑制区接触的固定电荷层。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括浅器件隔离区，其在所述衬底中邻近所述第一表面，
其中，所述深像素隔离区穿透所述浅器件隔离区。
11.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述深像素隔离区包括：
与所述电子抑制区接触的介电层；以及
与所述电子抑制区分隔开的导电图案。
12.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述电子抑制区包括碳离子、锗离子、或碳离子和锗离子两者。
13.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述衬底包括硼离子，并且
其中，在所述电子抑制区中的硼离子的第一浓度高于在所述衬底中的硼离子的第二浓度。
14.一种图像传感器，包括：
衬底，其包括多个像素区域，所述衬底具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
浅器件隔离区，其在所述衬底中邻近所述第一表面；
深像素隔离区，其从所述第二表面向所述第一表面延伸，并将所述多个像素区域彼此分离，所述深像素隔离区与所述浅器件隔离区接触；
非晶区，其分别邻近所述深像素隔离区的侧壁和所述浅器件隔离区的侧壁；以及
电子抑制区，其在所述非晶区与所述深像素隔离区的侧壁和所述浅器件隔离区的侧壁之间。
15.根据权利要求14所述的图像传感器，还包括在所述衬底中的光电转换区，
其中，所述光电转换区与所述非晶区分隔开。
16.根据权利要求14所述的图像传感器，还包括在所述衬底中邻近所述第一表面的浮置扩散区，
其中，所述非晶区和所述电子抑制区延伸到所述浮置扩散区中。
17.根据权利要求14所述的图像传感器，还包括在所述衬底中邻近所述第一表面的浮置扩散区，
其中，所述浮置扩散区的一部分包括碳离子、锗离子、或者碳离子和锗离子二者。
18.一种图像传感器，包括：
衬底，其包括多个像素区域，所述衬底具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
器件隔离区，其在所述衬底中邻近所述第一表面；
深像素隔离区，其从所述第二表面向所述第一表面延伸，并且将所述多个像素区域彼此分离；
非晶区，其邻近所述深像素隔离区的侧壁；以及
电子抑制区，其在所述非晶区与所述深像素隔离区的侧壁之间，
其中，所述器件隔离区的一部分包括碳离子、锗离子、或碳离子和锗离子二者。
19.根据权利要求18所述的图像传感器，
其中，所述深像素隔离区与所述第一表面分隔开，
其中，所述器件隔离区包括第一器件隔离区，
其中，所述图像传感器还包括：
在所述衬底中位于所述多个像素区域之间的浮置扩散区，所述浮置扩散区邻近所述第一表面；以及
在所述浮置扩散区与所述深像素隔离区之间的第二器件隔离区，并且
其中，所述第一器件隔离区的一部分包括碳离子、锗离子、或碳离子和锗离子二者。
20.根据权利要求18所述的图像传感器，
其中，所述深像素隔离区与所述第一表面分隔开，并且
其中，所述图像传感器还包括在所述衬底中位于所述多个像素区域之间的浮置扩散区，所述浮置扩散区邻近所述第一表面，
其中，所述浮置扩散区与所述非晶区和所述电子抑制区分隔开。
21.一种制造图像传感器的方法，所述方法包括：
刻蚀衬底以形成将多个像素区域彼此分离的多个深像素沟槽；
执行第一等离子掺杂处理以用碳离子、锗离子、或碳离子和锗离子两者掺杂所述衬底，从而形成在所述衬底中邻近所述多个深像素沟槽的侧壁和底表面的第一非晶区；
执行第二等离子掺杂处理以用硼离子掺杂所述衬底，从而形成在所述衬底中邻近所述多个深像素沟槽的侧壁和底表面的第一电子抑制区；
执行退火处理；以及
在所述多个深像素沟槽中形成多个深像素隔离区。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括：在形成所述多个深像素沟槽之前，在所述衬底中形成浅器件隔离区，
其中，形成所述多个深像素沟槽还包括刻蚀所述浅器件隔离区。
23.根据权利要求22所述的方法，在形成所述浅器件隔离区之前，还包括：
刻蚀所述衬底的一部分以形成浅器件沟槽；
通过将碳离子、锗离子、或者碳离子和锗离子二者注入到邻近所述浅器件沟槽的侧壁和底表面的衬底中来形成第二非晶区；以及
通过将硼离子注入到邻近所述浅器件沟槽的侧壁和底表面的衬底中来形成第二电子抑制区，
其中，所述浅器件隔离区形成在所述浅器件沟槽中。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，所述多个深像素沟槽中的每一个形成为具有双沟槽结构，所述双沟槽结构具有不同的宽度。
25.根据权利要求21所述的方法，
其中，所述衬底具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，
其中，形成所述多个深像素沟槽包括：从所述第二表面朝向所述第一表面刻蚀所述衬底，并且
其中，所述方法还包括：在形成所述多个深像素沟槽之前，形成在所述衬底中邻近所述第一表面的器件隔离区。
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