圖像傳感器及其形成方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及圖像傳感器及其形成方法。
【背景技術】
[0002] 半導體器件用于各種電子應用，諸如個人電腦、手機、數碼相機和其他電子設備。 通常通過在半導體襯底上方依次沉積絕緣或介電層、導電層和半導體材料層，以及使用光 刻圖案化各個材料層以在其上形成電路部件和元件來制造半導體器件。
[0003] 圖像傳感器是用于將光學圖像轉換成電信號的半導體器件。將圖像傳感器大致分 類為電荷耦合器件（CCD)或CMOS圖像傳感器（CIS)。一種類型的CIS是前照式（FSI)圖像 傳感器。在FSI圖像傳感器中，通過像素的前側將光傳輸至光感測區。這意味著在入射光 撞擊光感測區之前，入射光首先必須穿過介電層和金屬層，從而導致較低的量子效率（QE)、 像素之間的嚴重串擾以及暗電流。另一種類型的CIS是背照式（BSI)圖像傳感器。與從硅 管芯的頂（前）側照射CMOS圖像傳感器不同，BSI圖像傳感器將濾色鏡和微透鏡應用至像 素的背側，從而使得從圖像傳感器的背側收集入射光。與FSI圖像傳感器相比，BSI圖像傳 感器具有較少的光損失、減少的串擾以及更好的量子效率。
[0004] 雖然現有的圖像傳感器對于它們的預期目的通常已經足夠，但是它們不是在所有 方面都完全令人滿意。

【發明內容】

[0005] 為了解決現有技術中的問題，本發明提供了一種圖像傳感器，包括：襯底，其中，所 述襯底包括像素區、外圍區和邊界區，并且所述邊界區形成在所述像素區和所述外圍區之 間；第一柵極堆疊件結構，形成在所述像素區中；以及第二柵極堆疊件結構，形成在所述外 圍區中，其中，所述第二柵極堆疊件結構包括高k介電層和第一金屬層。
[0006] 在上述圖像傳感器中，其中，所述高k介電層和所述第一金屬層未形成在所述像 素區中。
[0007] 在上述圖像傳感器中，還包括：介電層，形成在所述襯底中和所述邊界區中；以及 第二金屬層，形成在所述邊界區中的所述介電層中，其中，所述第二金屬層嵌入在所述介電 層中。
[0008] 在上述圖像傳感器中，還包括：介電層，形成在所述襯底中和所述邊界區中；以及 第二金屬層，形成在所述邊界區中的所述介電層中，其中，所述第二金屬層嵌入在所述介電 層中；其中，所述邊界區中的所述介電層從所述襯底的頂面延伸至在約10Λ至約5〇〇()A 的范圍內的深度處。
[0009] 在上述圖像傳感器中，還包括：介電層，形成在所述襯底中和所述邊界區中；以及 第二金屬層，形成在所述邊界區中的所述介電層中，其中，所述第二金屬層嵌入在所述介電 層中；還包括：隔離結構，形成在所述邊界區中的所述襯底中，其中，所述介電層的一部分 嵌入在所述隔離結構中。
[0010] 在上述圖像傳感器中，還包括：介電層，形成在所述襯底中和所述邊界區中；以及 第二金屬層，形成在所述邊界區中的所述介電層中，其中，所述第二金屬層嵌入在所述介電 層中；其中，所述邊界區中的所述第二金屬層的頂面高于所述第二柵極堆疊件結構的所述 第一金屬層的頂面。
[0011] 在上述圖像傳感器中，還包括：介電層，形成在所述襯底中和所述邊界區中；以及 第二金屬層，形成在所述邊界區中的所述介電層中，其中，所述第二金屬層嵌入在所述介電 層中；其中，所述第二金屬層形成在所述外圍區中的所述第一金屬層上。
[0012] 在上述圖像傳感器中，其中，所述高k介電層未形成在所述邊界區中。
[0013] 在上述圖像傳感器中，還包括：密封層，形成在所述第二柵極堆疊件結構的側壁 上。
[0014] 根據本發明的另一個方面，提供了一種圖像傳感器，包括：襯底，其中，所述襯底包 括像素區、外圍區和邊界區，并且所述邊界區形成在所述像素區和所述外圍區之間；介電 層，形成在所述邊界區中的所述襯底上和所述襯底中；以及金屬層，形成在所述邊界區中， 其中，所述金屬層嵌入在所述介電層中。
[0015] 在上述圖像傳感器中，還包括：第一柵極堆疊件結構，形成在所述像素區中；以及 第二柵極堆疊件結構，形成在所述外圍區中，其中，所述第二柵極堆疊件結構包括高k介電 層和位于所述高k介電層上的金屬層。
[0016] 在上述圖像傳感器中，還包括：第一柵極堆疊件結構，形成在所述像素區中；以及 第二柵極堆疊件結構，形成在所述外圍區中，其中，所述第二柵極堆疊件結構包括高k介電 層和位于所述高k介電層上的金屬層；其中，所述邊界區中的所述金屬層的頂面與所述外 圍區中的所述金屬層的頂面平齊。
[0017] 在上述圖像傳感器中，還包括：第一柵極堆疊件結構，形成在所述像素區中；以及 第二柵極堆疊件結構，形成在所述外圍區中，其中，所述第二柵極堆疊件結構包括高k介電 層和位于所述高k介電層上的金屬層；其中，所述高k介電層未形成在所述邊界區中。
[0018] 在上述圖像傳感器中，還包括：第一柵極堆疊件結構，形成在所述像素區中；以及 第二柵極堆疊件結構，形成在所述外圍區中，其中，所述第二柵極堆疊件結構包括高k介電 層和位于所述高k介電層上的金屬層；還包括：密封層，形成在所述第二柵極堆疊件結構的 側壁上。
[0019] 在上述圖像傳感器中，其中，所述邊界區中的所述介電層從所述襯底的頂面延伸 至在約10 A至約5000A的范圍內的深度處。
[0020] 根據本發明的又一個方面，提供了一種用于形成圖像傳感器的方法，包括：提供襯 底，其中，所述襯底包括像素區、外圍區和邊界區，并且所述邊界區形成在所述像素區和所 述外圍區之間；在所述像素區中形成第一柵極堆疊件結構；在所述第一柵極堆疊件結構上 形成保護層；在所述襯底中形成隔離結構，其中，所述隔離結構形成在所述邊界區中；在所 述襯底上形成高k介電層、第一金屬層和多晶硅層；形成并圖案化所述多晶硅層上的硬掩 模層以形成圖案化的硬掩模層；通過將所述圖案化的硬掩模層用作掩模來去除所述高k介 電層、所述第一金屬層和所述多晶硅層的一部分，其中，所述高k介電層和所述第一金層保 持在所述邊界區中；以及去除所述邊界區中的所述高k介電層和所述第一金屬層。
[0021] 在上述用于形成圖像傳感器的方法中，還包括：在所述硬掩模層上形成底層；在 所述底層上形成中間層；以及在所述中間層上形成底部抗反射涂層（BARC)。
[0022] 在上述用于形成圖像傳感器的方法中，在去除所述邊界區中的所述高k介電層和 所述第一金屬層之后，還包括：使所述隔離結構凹進以形成凹槽，其中，所述凹槽從所述襯 底的頂面延伸至在約10 A至約5000A的范圍內的深度處。
[0023] 在上述用于形成圖像傳感器的方法中，在去除所述邊界區中的所述高k介電層和 所述第一金屬層之后，還包括：使所述隔離結構凹進以形成凹槽，其中，所述凹槽從所述襯 底的頂面延伸至在約?ο A至約5()ooA的范圍內的深度處；還包括：在所述凹槽中和所述 外圍區中形成所述介電層；去除所述外圍區中的所述硬掩模層以形成溝槽；在所述溝槽中 填充第二金屬層，其中，由所述第一金屬層和所述第二金屬層構成柵電極層。
[0024] 在上述用于形成圖像傳感器的方法中，在去除所述邊界區中的所述高k介電層和 所述第一金屬層之后，還包括：使所述隔離結構凹進以形成凹槽，其中，所述凹槽從所述襯 底的頂面延伸至在約?ο A至約5〇〇〇人的范圍內的深度處；還包括：在所述凹槽中和所述 外圍區中形成所述介電層；去除所述外圍區中的所述硬掩模層以形成溝槽；在所述溝槽中 填充第二金屬層，其中，由所述第一金屬層和所述第二金屬層構成柵電極層；還包括：在所 述邊界區中的所述介電層中形成所述第二金屬層。