像素传感器、用于形成其的方法及图像传感器

技术领域

本发明的实施例是有关于一种像素传感器、用于形成其的方法及图像传感器。

背景技术

许多现代的电子器件(例如，数码相机，光学成像器件等)包括图像传感器。图像传感器将光学图像转换为可表示为数字图像(digital images)的数字数据(digital data)。图像传感器包含像素传感器阵列，所述像素传感器是用于将光学图像转换为数字数据的单元器件。一些类型的像素传感器包含电荷耦合器件(charge-coupled device，CCD)图像传感器和互补型金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)图像传感器(CMOS image sensors，CIS)。相较于CCD像素传感器，CIS由于低功耗、小尺寸、快速数据处理、数据直接输出以及低制造成本而受到青睐。

发明内容

本发明实施例提供一种像素传感器，包括衬底、光检测器、深沟槽隔离(DTI)结构以及虚设垂直晶体管结构。衬底包括与背侧表面相对的前侧表面。光检测器安置于衬底内。深沟槽隔离(DTI)结构从衬底的背侧表面延伸到背侧表面下方的第一点，其中深沟槽隔离结构环绕光检测器的外周。虚设垂直晶体管结构在光检测器之下且在深沟槽隔离结构的内侧壁之间横向间隔开，其中虚设垂直晶体管结构包括虚设垂直栅极电极，虚设垂直栅极电极具有虚设导电体和虚设包埋导电结构，其中虚设包埋导电结构从衬底的前侧表面延伸到第一点垂直上方的第二点且虚设导电体沿衬底的前侧表面延伸。

本发明实施例提供一种图像传感器，包括衬底、互连结构、第一像素传感器、第二像素传感器、深沟槽隔离(DTI)结构。衬底具有前侧表面和与前侧表面相对的背侧表面。互连结构沿前侧表面安置，其中互连结构包括安置于互连介电结构内的导通孔和导电线。第一像素传感器包括第一光检测器，安置于衬底内；第一垂直转移晶体管在第一光检测器之下；以及第一虚设垂直晶体管结构，沿前侧表面安置。第二像素传感器包括第二光检测器，安置于衬底内；第二垂直转移晶体管在第二光检测器之下；以及第二虚设垂直晶体管结构，沿前侧表面安置。深沟槽隔离(DTI)结构安置于衬底内且横向包围第一像素传感器和第二像素传感器，其中深沟槽隔离结构的中心区段在第一像素传感器与第二像素传感器之间横向间隔开。以及，其中第一虚设垂直晶体管结构在第一光检测器与深沟槽隔离结构的中心区段之间横向间隔开且第二虚设垂直晶体管结构在第二光检测器与深沟槽隔离结构的中心区段之间横向间隔开。

本发明实施例提供一种用于形成像素传感器的方法，所述方法包括：在衬底中形成光检测器；图案化衬底以限定第一垂直栅极电极开口和第二垂直栅极电极开口；在第一垂直栅极电极开口和第二垂直栅极电极开口中分别形成垂直栅极电极和虚设垂直栅极电极；以及围绕垂直栅极电极和虚设垂直栅极电极形成侧壁间隔物结构，进而分别限定垂直转移晶体管和虚设垂直转移晶体管，其中所述垂直转移晶体管从所述虚设垂直转移晶体管横向偏移。

附图说明

在结合附图阅读时，能够根据以下详细描述最好地理解本公开的各方面。应注意，根据业界中的标准惯例，各个特征未按比例绘制。实际上，为了论述清楚起见，可任意增大或减小各个特征的尺寸。

图1示出了像素传感器的一些实施例的横截面图，所述像素传感器具有在光检测器之下的虚设垂直晶体管结构。

图2A到图2B示出了图像传感器的一些实施例的横截面图，所述图像传感器包含彼此横向邻接的第一像素传感器和第二像素传感器。

图3A示出了图像传感器的一些实施例的布局图，所述图像传感器包含从垂直转移晶体管横向偏移的虚设垂直晶体管结构。

图3B示出了根据图3A的线A-A'的图2A的图像传感器的一些替代实施例的横截面图。

图4示出了图3A的图像传感器的替代实施例的布局图。

图5到图13示出了形成图像传感器的方法的一些实施例的横截面图，所述图像传感器包含在光检测器之下的虚设垂直晶体管结构。

图14以流程图格式示出了一种方法，所述流程图格式示出形成图像传感器的方法的一些实施例，所述图像传感器具有在光检测器之下的虚设垂直晶体管结构。

附图标号说明

100、202a、202b、300、400：像素传感器；

102：衬底；

102b：背侧表面；

102f：前侧表面；

104：互连结构；

105：互连介电结构；

106：导电线；

108：导通孔；

110：垂直转移晶体管；

112：虚设垂直晶体管结构；

114：垂直栅极介电层；

116：垂直栅极电极；

116a：导电体；

116b：包埋导电结构；

116us：上部表面；

118：侧壁间隔物结构；

120：浮动扩散节点；

122：光检测器；

122a、122b、122c、122d：光检测器；

124：深沟槽隔离结构；

124a：区段；

126：上部介电结构；

128：网格结构；

130：滤色器；

132：入射电磁辐射；

132a、132b、132c、132d：箭头；

140、204a、204b：外围区；

200a、200b：图像传感器；

302：源极/漏极区；

304：像素器件隔离结构；

306：像素器件栅极结构；

308a、308b、308c、308d、309a、309b、309c、309d：像素器件；

310：掺杂区；

312：转移阱区；

320：第一介电层；

322：第二介电层；

324：第一栅层；

326：第二栅层；

328：微透镜；

500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300：横截面图；

602a：第一垂直栅极电极开口；

602b：第二垂直栅极电极开口；

702：栅极介电层；

704：栅极电极层；

1002：深沟槽隔离开口；

1400：方法；

1402、1404、1406、1408、1410、1412、1414、1416、1418：动作；

A-A'、B-B'、C-C'：线；

h1：高度；

Ts：厚度。

具体实施方式

本公开提供用于实施本公开的的不同特征的多个不同实施例或实例。下文描述组件和布置的具体实例以简化本公开。当然，这些只是实例且并不意欲为限制性的。举例来说，在实施方式中，第一特征在第二特征上方或上的形成可包含第一特征与第二特征直接接触地形成的实施例，并且还可包含额外特征可形成于第一特征与第二特征之间从而使得第一特征与第二特征可以不直接接触的实施例。另外，本公开可在各种实例中重复附图标号和/或字母。此重复是出于简单和清楚的目的，且本身并不指示所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。

此外，为易于描述，本文中可使用空间相对术语，例如“在…下面”、“在…下方”、“下部”、“在…上方”、“上部”以及其类似术语，来描述如图中所示出的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。除图中所描绘的定向外，空间相对术语意欲涵盖器件在使用或操作中的不同定向。设备可以其它方式定向(旋转90度或处于其它定向)，且本文中所使用的空间相对描述词因此可同样地进行解释。

另外，为易于描述，本文中可使用“第一”、“第二”、“第三”等来区分图或一系列图的不同元件。“第一”、“第二”、“第三”等并不意欲描述对应元件，而相反仅是通用标识符。举例来说，结合第一图描述的“第一介电层”可不一定对应于结合一些实施例描述的“第一介电层”，而相反可能对应于其它实施例中的“第二介电层”。

一些互补金属氧化物半导体图像传感器(complementary metal-oxidesemiconductor image sensors，CISs)具有像素传感器阵列。像素传感器使用光检测器记录入射辐射(例如，可见光)，且促进利用安置在衬底的前侧上的多个像素器件(例如，转移晶体管(transfer transistor)、复位晶体管(reset transistor)、源极跟随器晶体管(source follower transistor)等)数字读出(digital readout)所述记录。一些像素传感器包括光检测器阵列(例如，2×2光检测器像素传感器)。在这类像素传感器中，光检测器阵列围绕浮动扩散节点(floating diffusion node)安置。深沟槽隔离(deep trenchisolation，DTI)结构横向包围每一光检测器且配置成将光检测器和/或像素器件彼此电隔离。互连结构(例如，导电线和导通孔)上覆衬底的前侧且提供与像素传感器阵列和/或多个像素器件的电耦合。

上述像素传感器的一个挑战是像素传感器阵列两端的光检测器之间的交叉干扰(cross talk)。所述交叉干扰是因安置于第一光检测器上的入射辐射所致，所述第一光检测器与横向邻接第一光检测器的第二光检测器相互作用。交叉干扰致使安置于每一光检测器上的入射辐射的量值和/或相位失衡。举例来说，由于入射辐射安置于衬底的背侧(背侧与前侧相对)上，因此其碰撞第一光检测器。然而，入射辐射的至少一部分辐射穿过衬底到衬底的前侧且反射离开互连结构内的导电材料。入射辐射的反射部分可由第二光检测器碰撞和/或吸收。因此，像素传感器阵列中的邻接光检测器之间的隔离缺失可能致使邻接光检测器之间的交叉干扰，使得当对于第一光检测器和第二光检测器而言存在等量的入射辐射时，第一光检测器将比邻接第二光检测器接收更少入射辐射。此可增大图像传感器的噪声、减小图像传感器的可靠性和/或减小图像传感器的敏感性。

在一些实施例中，本申请案是针对一种像素传感器(pixel sensor)，所述像素传感器具有在每一光检测器之下的虚设垂直晶体管结构(dummy vertical transistorstructure)。像素传感器使用多个光检测器记录入射辐射，且利用多个像素器件促进数字读出所述记录。像素器件包含安置在衬底的前侧上且在每一光检测器下面的垂直转移晶体管(vertical transfer transistor)。互连结构沿衬底的前侧安置且提供与多个光检测器和多个像素器件的电耦合。DTI结构横向包围每一光检测器且配置成将像素器件和/或光检测器彼此电隔离。虚设垂直晶体管结构安置在每一光检测器下面且安置在横向包围对应光检测器的DTI结构的内侧壁之间。在入射辐射安置于衬底的背侧上时，其碰撞第一光检测器，入射辐射的一部分通过第一光检测器朝向衬底的前侧辐射。入射辐射的这一部分可反射离开虚设垂直晶体管结构且可重新引导回到第一光检测器。因此，虚设垂直晶体管结构配置成在光检测器阵列中的邻接光检测器之间提供隔离。这可能减小光检测器之间的交叉干扰，增大图像传感器的可靠性和/或增大由图像传感器产生的图像的精确度。

图1示出了像素传感器100的一些实施例的横截面图，所述像素传感器具有虚设垂直晶体管结构112。

像素传感器100包含沿衬底102的前侧表面102f安置的互连结构104。在一些实施例中，衬底102包括任何半导体主体(例如，块状硅(bulk silicon))和/或具有第一掺杂类型(例如，p型掺杂)。光检测器122安置于衬底102内且配置成将入射电磁辐射132(例如，光子)转换为电信号(即，以利用入射电磁辐射132产生电子空穴对(electron-hole pairs))。光检测器122包括与第一掺杂类型相对的第二掺杂类型(例如，n型掺杂)。在一些实施例中，第一掺杂类型是n型且第二掺杂类型是p型，或反过来也是如此。浮动扩散节点120沿衬底102的前侧表面102f安置且具有第二掺杂类型(例如，n型)。

垂直转移晶体管110和虚设垂直晶体管结构112各自沿衬底102的前侧表面102f安置。垂直转移晶体管110和虚设垂直晶体管结构112各自包括垂直栅极电极116、垂直栅极介电层114以及侧壁间隔物结构118。垂直栅极电极116包含导电体116a和从导电体116a延伸到衬底102中的包埋导电结构116b。包埋导电结构116b从衬底102的前侧表面102f延伸到前侧表面102f垂直(vertically)上方的点。垂直栅极介电层114连续地包围包埋导电结构116b且配置成将垂直栅极电极116与衬底102电隔离。侧壁间隔物结构118连续地包围垂直栅极电极116的外部侧壁。在一些实施例中，垂直栅极电极116是单一连续材料，使得导电体116a和包埋导电结构116b包括相同材料。举例来说，相同材料可以是或包括导电材料，例如本征多晶硅(intrinsic polysilicon)、铝、钛、钨、前述的组合或其类似物。

互连结构104沿衬底102的前侧表面102f延伸且配置成将衬底102的掺杂区(例如，浮动扩散节点120、光检测器122等)和像素器件(例如，垂直转移晶体管110)彼此电耦合。互连结构104包含互连介电结构105、多根导电线106以及多个导通孔108。导通孔108直接地接触垂直转移晶体管110的垂直栅极电极116的底面，使得垂直转移晶体管110电耦合到安置于互连介电结构105内的其它导电结构和/或层(例如，导电线106)。互连介电结构105连续延伸经过虚设垂直晶体管结构112的垂直栅极电极116的整个底面，使得虚设垂直晶体管结构112与安置于互连介电结构105内的其它导电结构和/或层电隔离。

深沟槽隔离(deep trench isolation，DTI)结构124延伸到衬底102的背侧表面102b中达到背侧表面102b下方的点。在一些实施例中，DTI结构124安置于横向包围光检测器122的像素传感器100的外围区140内。光检测器122安置于DTI结构124的内侧壁之间。DTI结构124配置成将光检测器122与安置于衬底102内和/或上的其它半导体器件(例如，其它光检测器(未绘示))电隔离。上部介电结构126安置于衬底102的背侧表面102b上方。网格结构(grid structure)128上覆上部介电结构126。举例来说，网格结构128可包括金属网格结构和/或介电网格结构。网格结构128配置成将入射电磁辐射132引导到下伏光检测器122。在一些实施例中，当网格结构128包括金属网格结构(例如，铝、铜、钨或前述的组合)时，入射电磁辐射132可以反射离开金属网格结构的侧壁到下伏光检测器122而不是行进到邻接光检测器(未绘示)。在这类实施例中，网格结构128可减小邻接光检测器之间的交叉干扰。网格结构128包围滤色器130。滤色器130上覆光检测器122且配置成通过入射电磁辐射132的第一频率范围同时阻断入射电磁辐射132的第二频率范围。第一频率范围与第二频率范围不同。

在一些实施例中，在入射电磁辐射132碰撞衬底102的背侧表面102b时，所述入射电磁辐射可通过光检测器122朝向衬底的前侧表面102f行进。在一些实施例中，箭头132a到箭头132d示出了入射电磁辐射132在行进穿过衬底102时的路径的一些非限制性实例。入射电磁辐射132的一部分沿第一箭头132a行进，所述第一箭头穿过光检测器122的厚度朝向外围区140延伸。随后，如由第二箭头132b示出，入射电磁辐射132可以朝向衬底102的前侧表面102f反弹离开和/或反射离开虚设垂直晶体管结构112的垂直栅极电极116。此外，如由第三箭头132c示出，入射电磁辐射132可反弹离开和/或反射离开安置于互连结构104内的导电层或导电结构(例如，导电线106和/或导通孔108)。另外，在反射离开互连结构104内的导电结构或导电层后，入射电磁辐射132可由光检测器122碰撞和/或吸收，如由第四箭头132d示出。因此，虚设垂直晶体管结构112配置成朝向互连结构104和/或朝向光检测器122重新引导入射电磁辐射132远离像素传感器100的外围区140。这可防止入射电磁辐射132横穿外围区140到安置于衬底102内且邻接于光检测器122的另一光检测器(未绘示)，进而减小邻接光检测器之间的交叉干扰且增大光检测器122的敏感性。

图2A示出了图像传感器200a的一些实施例的横截面图，所述图像传感器包含邻接于第二像素传感器202b的第一像素传感器202a。在一些实施例中，第一像素传感器202a和/或第二像素传感器202b各自配置成图1的像素传感器100。

第一像素传感器202a横向邻接第二像素传感器202b且DTI结构124的区段124a包夹在第一像素传感器202a与第二像素传感器202b之间。第一像素传感器202a的第一外围区204a横向安置在第一像素传感器202a的光检测器122与第二像素传感器202b之间。第二像素传感器202b的第二外围区204b横向安置在第二像素传感器202b的光检测器122与第一像素传感器202a之间。如由箭头132a到箭头132b所示出(且如上文图1中所描述)，第一像素传感器202a的虚设垂直晶体管结构112配置成将安置于第一像素传感器202a的光检测器122上的入射电磁辐射132重新引导远离第一外围区204a。因此，安置于第一像素传感器202a的光检测器122上的入射电磁辐射132可不与第二像素传感器202b的光检测器122相互作用，进而减小第一像素传感器202a和第二像素传感器202b的光检测器122之间的交叉干扰。这可增大图像传感器200a的可靠性和精确度。另外，第二像素传感器202b的虚设垂直晶体管结构112配置成将安置于第二像素传感器202b的光检测器上的入射电磁辐射132重新引导远离第二外围区204b。这进一步减小第一像素传感器202a和第二像素传感器202b的光检测器122之间的交叉干扰。

图2B示出了根据图2A的图像传感器200a的一些替代实施例的图像传感器200b的横截面图。

在一些实施例中，第一像素传感器202a和第二像素传感器202b的虚设垂直晶体管结构112各自具有垂直地安置在对应光检测器122的底面上方的上部表面。另外，每一虚设垂直晶体管结构112在对应光检测器122与DTI结构124的区段124a之间横向间隔开。这可以增大虚设垂直晶体管结构112重新引导入射电磁辐射132远离第一外围区204a和/或第二外围区204b的能力，进而进一步减小第一像素传感器202a与第二像素传感器202b之间的交叉干扰。

图3A示出了像素传感器300的一些实施例的布局图，所述像素传感器包含多个光检测器122和多个虚设垂直晶体管结构112。图3B示出了沿图3A的线A-A'所取得的像素传感器300的横截面图的一些实施例。图3A示出了沿图3B的横截面图的线B-B'所取得的布局图的一些实施例。可了解，为易于说明，可从图3A的布局图中省略来自图3B的横截面图的结构和/或层(例如，侧壁间隔物结构118、互连介电结构105以及导通孔108)。

像素传感器300包括安置于衬底102内的多个光检测器122a到光检测器122d。在一些实施例中，衬底102包括任何半导体主体(例如，单晶硅/CMOS块、硅锗(silicon-germanium，SeGe)、绝缘体上硅(silicon on insulator，SOI)等)和/或具有第一掺杂类型(例如，p型掺杂)。多个光检测器122a到光检测器122d在衬底102内的在衬底102的前侧表面102f下方的点处且可包括与第一掺杂类型相对的第二掺杂类型(例如，n型掺杂)。多个光检测器122a到光检测器122d围绕浮动扩散节点120安置。在一些实施例中，耗尽区形成于每一光检测器122a到光检测器122d中和/或周围(例如，因光检测器122a到光检测器122d与包围光检测器122a到光检测器122d的衬底102的p型掺杂区之间的p-n结所致)。浮动扩散节点120包括具有大于衬底102的掺杂浓度的第二掺杂类型。

在一些实施例中，像素传感器300布置成包含多行(例如，沿x轴)和列(例如，沿y轴)的类似像素传感器的阵列。每一像素传感器包含多个光检测器。在其它实施例中，通过深沟槽隔离(DTI)结构124将阵列中的像素传感器300与邻接像素传感器分离。另外，DTI结构124横向包围每一光检测器122a到光检测器122d。DTI结构124从衬底102的背侧表面102b延伸到背侧表面102b下方的点。在一些实施例中，DTI结构124从衬底102的背侧表面102b延伸到前侧表面102f。

在一些实施例中，多个垂直转移晶体管110安置在衬底102的前侧表面102f上且与多个光检测器122a到光检测器122d中的对应光检测器垂直对准。转移阱区312安置于衬底102内且从衬底的前侧表面102f延伸到光检测器122a到光检测器122d。转移阱区312包括具有大于衬底102的掺杂浓度的第一掺杂类型(例如，p型掺杂)。垂直转移晶体管110配置成在光检测器122a到光检测器122d与浮动扩散节点120之间选择性地形成导电沟道以将光检测器122a到光检测器122d中的累积电荷(例如，经由吸收入射辐射)转移到浮动扩散节点120。在一些实施例中，可选择性形成的导电沟道形成于转移阱区312内。垂直转移晶体管110各自包含垂直栅极电极116，所述垂直栅极电极116包括导电体116a和包埋导电结构116b。导电体116a沿衬底102的前侧表面102f延伸。包埋导电结构116b从前侧表面102f延伸到安置于前侧表面102f与邻接光检测器122a到光检测器122d之间的点。

第一多个像素器件308a到像素器件308d从垂直转移晶体管110横向偏移且可以沿DTI结构124的区部延伸。第二多个像素器件309a到像素器件309d从垂直转移晶体管110横向偏移且可以沿DTI结构124的另一区部延伸。在一些实施例中，第一多个像素器件308a到像素器件308d和第二多个像素器件309a到像素器件309d可包括任何数量和/或类型的像素器件。举例来说，第一像素器件308a可配置成复位晶体管，第二像素器件308b可配置成源极跟随器晶体管，第三像素器件308c可配置成行选择晶体管(row-select transistor)且第四像素器件308d可配置成前述像素器件中的任一种或另一像素器件。在一些实施例中，第四像素器件308d可配置成转移晶体管，使得第四像素器件308d的像素器件栅极结构306可包括与垂直栅极电极116相同的材料和/或可包括上覆包埋导电结构的导电体。第二多个像素器件309a到像素器件309d可配置成第一多个像素器件308a到像素器件308d。举例来说，第五像素器件309a可配置成复位晶体管。像素器件308a到像素器件308d、像素器件309a到像素器件309d各自包括像素器件栅极结构306和源极/漏极区302。源极/漏极区302在衬底102内且包括第二掺杂类型(例如，n型掺杂)。在一些实施例中，像素器件栅极结构306包括像素器件电极(包括导电材料，例如多晶硅)和像素器件栅极介电层(包括介电材料，例如氧化硅或高k介电质)，所述像素器件栅极介电层将像素器件电极与衬底102的前侧表面102f分离。像素器件308a到像素器件308d和/或像素器件309a到像素器件309d配置成便于数字读出来自光检测器122a到光检测器122d的累积电荷。在一些实施例中，像素器件隔离结构304(例如，浅沟槽隔离(shallow trench isolation，STI)结构)安置在衬底102的前侧表面102f上且包围源极/漏极区302。在一些实施例中，像素器件隔离结构304可例如是或包括氮化硅、二氧化硅或其类似物。一个或多个掺杂区310可以沿DTI结构124延伸且可以是或包括具有大于衬底102的掺杂浓度的第一掺杂类型(例如，p型掺杂)。一个或多个掺杂区310可配置成增大安置在衬底102上的像素传感器300与邻接像素传感器之间的电隔离。

多个虚设垂直晶体管结构112沿衬底102的前侧表面102f安置。虚设垂直晶体管结构112包含通过垂直栅极介电层114与衬底102分离的垂直栅极电极116。当俯视查看时，虚设垂直晶体管结构112的包埋导电结构116b包括与虚设垂直晶体管结构112的导电体116a相同的形状。举例来说，如图3A中所示出，虚设垂直晶体管结构112的导电体116a和包埋导电结构116b各自具有矩形形状。虚设垂直晶体管结构112各自配置成将安置于衬底102的背侧表面102b上的入射辐射重新引导到邻接光检测器122a到光检测器122d。这部分地减小安置于衬底102上的像素传感器300与邻接像素传感器之间的交叉干扰。

另外，虚设垂直晶体管结构112的包埋导电结构116b在虚设垂直晶体管结构112的导电体116a的长度和/或宽度的实质上大部分上方连续地延伸。这部分地确保包埋导电结构116b延伸经过像素传感器300的更大区域，进而增大可重新引导到邻接光检测器122a到光检测器122d的虚设垂直晶体管结构112的入射辐射量。在一些实施例中，虚设垂直晶体管结构112各自与多个光检测器122a到光检测器122d中的光检测器的一侧垂直对准。在这类实施例中，光检测器的所述侧在两个或大于两个像素器件之间横向间隔开。举例来说，第一光检测器122a的一侧在第一像素器件308a与第二像素器件308b之间横向间隔开。

在一些实施例中，垂直转移晶体管110沿第一光检测器122a的第一侧安置且虚设垂直晶体管结构112沿与第一侧相对的第一光检测器112a的第二侧安置。在一些实施例中，虚设垂直晶体管结构的包埋导电结构116b连续地横向延伸经过第一光检测器122a的第一侧。在这类实施例中，虚设垂直晶体管结构112的包埋导电结构116b可连续地横向延伸经过第一光检测器122a的第一侧，其中第一侧安置于第一光检测器112a的相对侧之间。

如图3B的横截面图中所示出，上部介电结构126包含沿衬底102的背侧表面102b安置的第一介电层320和上覆第一介电层320的第二介电层322。举例来说，第一介电层320可以是配置成减少和/或防止入射辐射远离背侧表面102b的反射的抗反射层。在其它实施例中，第一介电层320可以是DTI结构124的区段，所述区段连续地延伸经过衬底102的背侧表面102b。在这类实施例中，第一介电层320和DTI结构是单一连续材料。在一些实施例中，第一介电层320可以(例如)是或包括高k介电材料、氧化硅、氮化硅、碳化硅或其类似物。在一些实施例中，第二介电层322可以(例如)是或包括氧化物，例如二氧化硅、另一合适的介电材料或类似物。

在一些实施例中，网格结构128可包含延伸经过上部介电结构126的上部表面的第一栅层324和上覆第一栅层324的第二栅层326。第一栅层324和第二栅层326可(例如)各自是或包括导电材料，例如钨、铝、铜、前述的组合或其类似物。在其它实施例中，第一栅层324和第二栅层326可以是或包括导电材料和/或介电材料。举例来说，第二栅层326可以是或包括配置成通过邻接滤色器130实现全内反射(total internal reflection，TIR)的介电网格结构，且/或第一栅层324可以是或包括配置成朝向衬底102的背侧表面102b引导入射辐射的导电网格结构(例如，包括钨、铝、铜等)。多个滤色器130安置于上部介电结构126上方，使得网格结构128连续包围滤色器130。多个微透镜安置于滤色器130上方。多个微透镜配置成朝向光检测器122a到光检测器122d聚焦入射辐射。

图4示出了根据图3A的像素传感器300的一些替代实施例的像素传感器400的布局图。图3B示出了沿图4的线C-C'所取得的像素传感器400的横截面图的一些实施例。图4示出了沿图3B的横截面图的线B-B'所取得的布局图的一些实施例。可了解，为易于说明，可从图4的布局图中省略来自图3B的横截面图的结构和/或层(例如，侧壁间隔物结构118、互连介电结构105以及导通孔108)。

如图4中所示出，虚设垂直晶体管结构112的垂直栅极电极116沿每一光检测器122a到光检测器122d的两个或大于两个侧边连续地延伸。在一些实施例中，例如，上覆第一光检测器122a的虚设垂直晶体管结构112的垂直栅极电极116包括：第一横向区段，上覆第一光检测器122a的第一侧；第二横向区段，上覆第一光检测器122a的第二侧；第三横向区段，上覆第一光检测器122a的第三侧；以及第四横向区段，上覆第一光检测器122a的第四侧。在这类实施例中，第一光检测器122a的第一侧与第一光检测器122a的第三侧相对，且第一光检测器122a的第二侧与第一光检测器122a的第四侧相对。这可部分地进一步增强虚设垂直晶体管结构112的垂直栅极电极116将安置于衬底102上的入射辐射重新引导到第一光检测器122a的能力，进而进一步减小光检测器122a到光检测器122d与其它邻接光检测器(未绘示)之间的交叉干扰。

图5到图13示出了形成图像传感器的方法的一些实施例的横截面图500到横截面图1300，所述图像传感器具有在光检测器之下的虚设垂直晶体管结构。虽然参看方法描述图5到图13中所示的横截面图500到横截面图1300，但应了解，图5到图13中所示的结构不限于所述方法而实际上可单独独立于所述方法。此外，虽然将图5到图13描述为一系列动作，但是应了解，这些动作不具有限制性，因为动作次序可在其它实施例中更改，且所公开的方法还适用于其它结构。在其它实施例中，可完全或部分地省略所示出和/或描述的一些动作。

如图5的横截面图500中所示出，提供衬底102且光检测器122形成于衬底102的前侧表面102f中。在一些实施例中，衬底102可例如是块状衬底(例如块状硅衬底)、绝缘体上硅(SOI)衬底或一些其它合适的衬底。在一些实施例中，在形成光检测器122前，执行第一植入工艺以用第一掺杂类型(例如，p型掺杂)掺杂衬底102。光检测器122是具有与第一掺杂类型相对的第二掺杂类型(例如，n型掺杂)的衬底102的区域。在一些实施例中，光检测器122可以通过选择性离子植入工艺形成，所述选择性离子植入工艺利用衬底102的前侧表面102f上的掩模层(未绘示)来将离子选择性地植入到衬底102中。在其它实施例中，可以在通过执行另一选择性离子植入工艺形成光检测器122之前或之后形成其它掺杂区(未绘示)(例如，图3A的转移阱区312和/或一个或多个掺杂区310)。

如图6的横截面图600中所示出，图案化衬底102以限定第一垂直栅极电极开口602a和第二垂直栅极电极开口602b。在一些实施例中，第一垂直栅极电极开口602a和第二垂直栅极电极开口602b可安置在光检测器122的相对侧上。在又其它实施例中，当俯视查看时，第一垂直栅极电极开口602a的形状可与图3A或图4的垂直转移晶体管(图3A或图4的垂直转移晶体管110)的包埋导电结构(图3A或图4的包埋导电结构116b)的形状相同。在这类实施例中，当俯视查看时，第二垂直栅极电极开口602b的形状可与图3A或图4的虚设垂直晶体管结构(图3A或图4的虚设垂直晶体管结构112)的包埋导电结构(图3A或图4的包埋导电结构116b)的形状相同。在一些实施例中，用于形成第一垂直栅极电极开口602a和第二垂直栅极电极开口602b的工艺可包含：在衬底102的前侧表面102f上方形成掩模层；使衬底102的未遮蔽区暴露于一种或多种刻蚀剂，进而限定第一垂直栅极电极开口602a和第二垂直栅极电极开口602b；以及执行移除工艺来移除掩模层。

如由图7的横截面图700所示出，栅极介电层702形成于衬底102上方且栅极电极层704形成于栅极介电层702上方。在一些实施例中，栅极介电层702可以例如是或包括二氧化硅，高k介电材料、另一合适的介电材料或其类似物。在一些实施例中，栅极电极层704可以例如是或包括本征多晶硅、掺杂多晶硅、钨、钛、钽、钨、组合或前述或其类似物。在一些实施例中，栅极介电层702可以例如通过化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)、物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)、原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)、热氧化或另一合适的沉积或生长工艺形成。另外，栅极介电层702可使第一垂直栅极电极开口和第二垂直栅极电极开口(图6的第一垂直栅极电极开口602a到第二垂直栅极电极开口602b)排成一行。在一些实施例中，栅极电极层704可以例如通过CVD、PVD、溅镀、无电镀或另一合适的生长或沉积工艺形成。栅极电极层704可以填充第一垂直栅极电极开口和第二垂直栅极电极开口(图6的第一垂直栅极电极开口602a到第二垂直栅极电极开口602b)的剩余部分。

如由图8的横截面图800所示出，对栅极介电层(图7的栅极介电层702)和栅极电极层(图7的栅极电极层704)执行图案化工艺，进而分别限定垂直栅极介电层114和垂直栅极电极116。另外，侧壁间隔物结构118围绕垂直栅极介电层114和垂直栅极电极116的侧壁形成。这部分地限定垂直转移晶体管110和虚设垂直晶体管结构112。因此，在一些实施例中，并行地形成垂直转移晶体管110和虚设垂直晶体管结构112。随后，浮动扩散节点120形成于邻接于垂直转移晶体管110的衬底102中。浮动扩散节点120可包括第二掺杂类型(例如，n型掺杂)。在一些实施例中，可以通过选择性离子植入工艺形成浮动扩散节点120，所述选择性离子植入工艺利用衬底102的前侧表面102f上的掩模层(未绘示)将离子选择性地植入到衬底102中。在其它实施例中，可以并行地形成其它掺杂区(未绘示)(例如，图3A的源极/漏极区302)以及浮动扩散节点120。

图8的横截面图800中还示出，垂直栅极电极116包含导电体116a和包埋导电结构116b，所述包埋导电结构从导电体116a延伸到衬底102中。包埋导电结构116b从衬底102的前侧表面102f延伸到前侧表面102f垂直上方的点。垂直栅极介电层114连续地包围包埋导电结构116b且配置成将垂直栅极电极116与衬底102和/或光检测器122电隔离。侧壁间隔物结构118连续地包围垂直栅极电极116的外部侧壁。在一些实施例中，垂直栅极电极116是单一连续材料，使得导电体116a和包埋导电结构116b包括相同材料。另外，当俯视查看时，垂直转移晶体管110的垂直栅极电极116可具有与图3A或图4的布局图中所示出相同的形状。此外，当俯视查看时，虚设垂直晶体管结构112的垂直栅极电极116可具有与图3A和图4的布局图中所示出/所描述相同的形状。

如由图9的横截面图900所示出，互连结构104形成于衬底102的前侧表面102f上方。互连结构104包含互连介电结构105、多根导电线106以及多个导通孔108。在一些实施例中，互连介电结构105可以例如是或包括氧化物(例如，二氧化硅)、氮化物、低k介电质、另一合适的介电材料或其类似物。互连介电结构105可以通过CVD、PVD、ALD或另一合适的沉积工艺形成。多根导电线106和/或多个导通孔108可以通过单一镶嵌工艺(single damasceneprocess)或通过双重镶嵌工艺(dual damascene process)形成。多根导电线106和导通孔108可以例如各自是或包括铝、铜、钨、氮化钛、前述的组合或其类似物。

图9的横截面图900中还示出，互连介电结构105可在虚设垂直晶体管结构112的垂直栅极电极116的上部表面116us上方连续地延伸。举例来说，互连介电结构105可在虚设垂直晶体管结构112的垂直栅极电极116的相对侧壁之间连续地延伸。在这类实施例中，互连结构104的导电结构和/或导电层(例如，导电线106和/或导通孔108)不接触虚设垂直晶体管结构112的垂直栅极电极116。因此，在这类实施例中，虚设垂直晶体管结构112的垂直栅极电极116与互连结构104的导电结构和/或导电层电隔离。在一些实施例中，导通孔108直接地接触垂直转移晶体管110的垂直栅极电极116，因此垂直栅极电极116电耦合到互连结构104的导电结构和/或导电层。

如由图10的横截面图1000所示出，将图9的结构翻转且在衬底102的背侧表面102b中执行图案化工艺，进而限定深沟槽隔离(DTI)开口1002。在一些实施例中，图案化工艺包含：在衬底102的背侧表面102b上方形成掩模层(未绘示)；使衬底102的未遮蔽区暴露于一种或多种刻蚀剂，进而限定DTI开口1002；以及执行移除工艺以移除掩模层。

如由图11的横截面图1100所示出，DTI结构124形成于衬底102的背侧表面102b上方，进而填充DTI开口(图10的DTI开口1002)。在一些实施例中，DTI结构124可以例如是或包括氧化物，例如二氧化硅、另一合适的氧化物或其类似物。在一些实施例中，通过ALD工艺形成DTI结构124。另外，在一些实施例中，在通过ALD工艺沉积DTI结构124后，对DTI结构124执行平坦化工艺(例如，化学机械平坦化(chemical mechanical planarization，CMP))工艺，使得DTI结构124具有实质上平坦的上部表面。在一些实施例中，从衬底102的背侧表面102b延伸到背侧表面102b下方的点的DTI结构124的区段具有高度h1。在一些实施例中，高度h1是约2.8微米或在约2.6微米到3.0微米的范围内。另外，衬底102具有限定在前侧表面102f与背侧表面102b之间的厚度Ts。在一些实施例中，厚度Ts是约3.5微米或在约3.3微米到3.7微米的范围内。

如由图12的横截面图1200所示出，第二介电层322形成于DTI结构124的上部表面上方。第二介电层322可以通过例如CVD、PVD、ALD、热氧化或另一合适的生长或沉积工艺形成。第二介电层322可以例如是或包括氧化物，例如二氧化硅或另一合适的介电材料。在一些实施例中，在沉积第二介电层322后，对第二介电层322执行平坦化工艺(例如，CMP)，使得第二介电层322具有实质上平坦的上部表面。

如由图13的横截面图1300所示出，网格结构128和滤色器130形成于第二介电层322上方。在一些实施例中，网格结构128可包含延伸经过第二介电层322的上部表面的第一栅层324和上覆第一栅层324的第二栅层326。在一些实施例中，第一栅层324和/或第二栅层326可以例如是或包括介电材料和/或导电材料。在其它实施例中，第一栅层324和/或第二栅层326可以通过例如CVD、PVD、ALD、溅镀、无电镀或另一合适的生长或沉积工艺形成。另外，在沉积第一栅层324和第二栅层326后，可对第一栅层324和第二栅层326执行图案化工艺以限定滤色器开口。随后，滤色器130可以形成于滤色器开口中，使得网格结构128连续地包围滤色器130。在其它实施例中，可以通过形成不同滤色器层且图案化所述滤色器层来形成滤色器130。滤色器层由允许传输具有特定波长范围的入射辐射(例如，光)同时阻断规定范围外的波长的光的材料形成。另外，在一些实施例中，滤色器层可在形成后平坦化(例如，经由CMP)。

图13的横截面图1300中还示出，多个微透镜328形成于衬底102上方。在一些实施例中，可以通过在衬底102上方沉积微透镜材料(例如，通过旋涂方法或沉积工艺)来形成微透镜328。具有弯曲上部表面的微透镜模板(未绘示)在微透镜材料上方图案化。随后，通过根据微透镜模板选择性刻蚀微透镜材料来形成微透镜328。

图14示出了形成像素传感器的方法1400，所述像素传感器具有在根据本公开的光检测器之下的虚设垂直晶体管结构。虽然方法1400示出和/或描述为一系列动作或事件，但是应了解，所述方法不限于所示出的次序或动作。因此，在一些实施例中，动作可以与所示出的次序不同的次序进行，和/或可并行地进行。另外，在一些实施例中，所示出的动作或事件可细分成多个动作或事件，其可与其它动作或子动作在不同时间进行或并行地进行。在一些实施例中，可省略一些所示出的动作或事件，且可包含其它未示出的动作或事件。

在动作1402处，光检测器形成于衬底中。图5示出了对应于动作1402的一些实施例的横截面图500。

在动作1404处，图案化衬底以限定第一垂直栅极电极开口和第二垂直栅极电极开口。图6示出了对应于动作1404的一些实施例的横截面图600。

在动作1406处，栅极介电层形成于衬底的前侧上方且栅极电极层形成于栅极介电层上方，进而填充第一垂直栅极电极开口和第二垂直栅极电极开口。图7示出了对应于动作1406的一些实施例的横截面图700。

在动作1408处，图案化栅极介电层和栅极电极层，进而限定垂直栅极电极。图8示出了对应于动作1408的一些实施例的横截面图800。

在动作1410处，侧壁间隔物结构围绕垂直栅极电极形成，进而限定垂直转移晶体管和虚设垂直晶体管结构。图8示出了对应于动作1410的一些实施例的横截面图800。

在动作1412处，互连结构形成于衬底的前侧上方。图9示出了对应于动作1412的一些实施例的横截面图900。

在动作1414处，深沟槽隔离(DTI)结构形成到衬底的背侧中。图10和图11示出了对应于动作1414的一些实施例的横截面图1000和横截面图1100。

在动作1416处，网格结构和滤色器形成于衬底的背侧上方。图13示出了对应于动作1416的一些实施例的横截面图1300。

在动作1418处，微透镜形成于滤色器上方。图13示出了对应于动作1418的一些实施例的横截面图1300。

因此，在一些实施例中，本公开涉及一种虚设垂直晶体管结构，所述虚设垂直晶体管结构在光检测器之下且从垂直转移晶体管横向偏移。

在一些实施例中，本申请案提供一种像素传感器，包含：衬底，具有与背侧表面相对的前侧表面；光检测器，安置于所述衬底内；深沟槽隔离(DTI)结构，从所述衬底的所述背侧表面延伸到所述背侧表面下方的第一点，其中所述深沟槽隔离(DTI)结构环绕所述光检测器的外周；以及虚设垂直晶体管结构，在所述光检测器之下且在所述深沟槽隔离(DTI)结构的内侧壁之间横向间隔开，其中所述虚设垂直晶体管结构包含虚设垂直栅极电极，所述虚设垂直栅极电极具有虚设导电体和虚设包埋导电结构，其中所述虚设包埋导电结构从所述衬底的所述前侧表面延伸到所述第一点垂直上方的第二点且所述虚设导电体沿所述衬底的所述前侧表面延伸。

在一些实施例中，所述的像素传感器更包含：垂直转移晶体管，在所述光检测器之下且安置于所述深沟槽隔离结构的所述内侧壁之间，其中所述垂直转移晶体管从所述虚设垂直晶体管结构横向偏移，其中所述垂直转移晶体管包括转移垂直栅极电极，其中所述转移垂直栅极电极和所述虚设垂直栅极电极包括相同导电材料。在一些实施例中，所述相同导电材料是本征多晶硅。在一些实施例中，所述垂直转移晶体管沿所述光检测器的第一侧安置且所述虚设垂直晶体管结构沿与所述光检测器的所述第一侧相对的所述光检测器的第二侧安置。在一些实施例中，所述垂直转移晶体管和所述虚设垂直晶体管结构分别包括垂直栅极介电层和侧壁间隔物结构，其中所述垂直栅极介电层将所述虚设垂直栅极电极和所述转移垂直栅极电极与所述衬底分离，且其中所述侧壁间隔物结构包围所述垂直栅极介电层的外部侧壁、所述虚设垂直栅极电极的外部侧壁以及所述转移垂直栅极电极的外部侧壁。在一些实施例中，所述垂直转移晶体管的底面与所述虚设垂直晶体管结构的底面对准。在一些实施例中，所述的像素传感器更包含：互连结构，沿所述衬底的所述前侧表面安置，其中所述互连结构包括安置于互连介电结构内的多个导通孔和多根导电线，其中所述垂直转移晶体管电耦合到所述导电线和所述导通孔，且其中所述虚设垂直晶体管结构与所述导通孔和所述导电线电隔离。在一些实施例中，所述多个导通孔内的导通孔直接地接触所述垂直转移晶体管的底面，其中所述互连介电结构连续地延伸经过所述虚设垂直晶体管结构的底面。在一些实施例中，所述虚设包埋导电结构包括第一横向区段，与所述深沟槽隔离结构的第一内侧壁平行延伸；第二横向区段，与所述深沟槽隔离结构的第二内侧壁平行延伸；以及第三横向区段，与所述深沟槽隔离结构的第三内侧壁平行延伸，其中所述深沟槽隔离结构的所述第一内侧壁和所述第三内侧壁彼此相对。

在一些实施例中，本申请案提供一种图像传感器，包含：衬底，具有前侧表面和与所述前侧表面相对的背侧表面；互连结构，沿所述前侧表面安置，其中所述互连结构包含安置于互连介电结构内的导通孔和导电线；第一像素传感器，包含第一光检测器，安置于所述衬底内；第一垂直转移晶体管，在所述第一光检测器之下；以及第一虚设垂直晶体管结构，沿所述前侧表面安置；第二像素传感器，包含第二光检测器，安置于所述衬底内；第二垂直转移晶体管，在所述第二光检测器之下；以及第二虚设垂直晶体管结构，沿所述前侧表面安置；深沟槽隔离(DTI)结构，安置于所述衬底内且横向包围所述第一像素传感器和所述第二像素传感器，其中所述深沟槽隔离结构的中心区段在所述第一像素传感器与所述第二像素传感器之间横向间隔开；以及其中所述第一虚设垂直晶体管结构在所述第一光检测器与所述深沟槽隔离结构的所述中心区段之间横向间隔开且所述第二虚设垂直晶体管结构在所述第二光检测器与所述深沟槽隔离结构结构的所述中心区段之间横向间隔开。

在一些实施例中，所述的图像传感器更包含：网格结构，上覆所述衬底的所述背侧表面，其中所述第一虚设垂直晶体管结构和所述第二虚设垂直晶体管结构与所述网格结构的至少一区段垂直对准，其中所述第一垂直转移晶体管和所述第二垂直转移晶体管在朝向所述第一光检测器和所述第二光检测器的中心的方向上分别从所述网格结构横向偏移。在一些实施例中，所述第一虚设垂直晶体管结构包括虚设垂直栅极电极，所述虚设垂直栅极电极具有：虚设包埋导电结构，延伸到所述衬底的所述前侧中；和虚设导电体，延伸经过所述前侧表面，其中所述第一垂直转移晶体管包括转移垂直栅极电极，所述转移垂直栅极电极具有：一种或多种包埋导电结构，延伸到所述前侧表面中；以及导电体，延伸经过所述前侧表面，且其中所述虚设包埋导电结构是单一导电结构。在一些实施例中，当俯视查看时，所述虚设包埋导电结构和所述虚设导电体包括第一形状，其中所述一种或多种包埋导电结构具有与所述导电体的第三形状不同的第二形状。在一些实施例中，所述第二形状是矩形且所述第三形状是六边形。在一些实施例中，所述第一虚设垂直晶体管结构的顶面和所述第二虚设垂直晶体管结构的顶面分别在所述第一垂直转移晶体管的顶面和所述第二垂直转移晶体管的顶面垂直上方。在一些实施例中，所述第一虚设垂直晶体管结构的两个或大于两个平坦侧壁分别地面向朝向所述第一垂直转移晶体管的方向。

在一些实施例中，本申请案提供一种用于形成像素传感器的方法，所述方法包含：在衬底中形成光检测器；图案化所述衬底以限定第一垂直栅极电极开口和第二垂直栅极电极开口；在所述第一垂直栅极电极开口和所述第二垂直栅极电极开口中分别形成垂直栅极电极和虚设垂直栅极电极；以及围绕所述垂直栅极电极和所述虚设垂直栅极电极形成侧壁间隔物结构，进而分别限定垂直转移晶体管和虚设垂直转移晶体管，其中所述垂直转移晶体管从所述虚设垂直转移晶体管横向偏移。

在一些实施例中，所述垂直栅极电极和所述虚设垂直栅极电极彼此并行地形成。在一些实施例中，形成所述垂直栅极电极和所述虚设垂直栅极电极包含：在所述衬底的前侧上方形成栅极介电层，其中所述栅极介电层使所述第一垂直栅极电极开口和所述第二垂直栅极电极开口排成一行；在所述栅极介电层上方形成栅极电极层，其中所述栅极电极层填充所述第一垂直栅极电极开口和所述第二垂直栅极电极开口的剩余部分；以及图案化所述栅极介电层和所述栅极电极层，进而限定所述垂直栅极电极和所述虚设垂直栅极电极。在一些实施例中，所述的用于形成像素传感器的方法更包含：在所述衬底的前侧上方形成包括导通孔的互连结构，其中所述导通孔是形成于所述互连结构中的第一导电特征，其中至少一个导通孔直接地接触所述垂直转移晶体管，其中所述导通孔从所述虚设垂直转移晶体管横向偏移；以及在所述衬底的背侧中形成深沟槽隔离结构(DTI)结构，其中所述背侧与所述前侧相对，其中通过原子层沉积来沉积所述深沟槽隔离结构的材料，且其中所述深沟槽隔离结构连续地环绕所述垂直栅极电极和所述虚设垂直栅极电极。

前文概述数个实施例的特征使得本领域的技术人员可更好地理解本公开内容的各方面。本领域的技术人员应了解，他们可以容易地将本公开用作设计或修改用于实现本文中所引入的实施例的相同目的和/或达成相同优势的其它工艺和结构的基础。本领域的技术人员还应认识到，这些等效构造并不脱离本公开的精神和范围，且本领域的技术人员可在不脱离本公开的精神和范围的情况下在本文中进行各种改变、替代和更改。