專利名稱：圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例涉及圖像傳感器。
互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器可以具有形成在一個(gè)單元 像素中的光電二極管和金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管。CMOS圖像傳感 器可以通過切換方式連續(xù)探測(cè)每個(gè)單元像素的電信號(hào)以產(chǎn)成圖像。
現(xiàn)有技術(shù)中的CMOS圖像傳感器可以將光電二極管和晶體管以水平放 置的方式配置?，F(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)水平配置的CMOS圖像傳感器可以克服電荷耦 合器件(CCD)圖像傳感器的各種限制。然而，現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)水平配置的 CMOS圖像傳感器仍存在許多限制。
例如，現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)水平配置的CMOS圖像傳感器可通過將光電二極管 和晶體管置于彼此水平的位置處并且相互接近的方式制造。因此，當(dāng)光電二 極管需要額外空間時(shí)，應(yīng)當(dāng)減小填充系數(shù)區(qū)域(fill factor region)，并且可 以對(duì)分辨率電壓(resolutionpotential)施加限制。
此外，很難達(dá)到這種理想條件，即同時(shí)生產(chǎn)用于現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)水平配置 的CMOS圖像傳感器的光電二極管和晶體管。
進(jìn)一步而言，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的經(jīng)水平配置的CMOS圖像傳感器中，當(dāng) 像素尺寸增加時(shí)，圖像傳感器的分辨率會(huì)降低；并且當(dāng)光電二極管的面積減 小時(shí)，圖像傳感器的敏感度會(huì)降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種圖像傳感器及其制造方法，其中該方法可提供 一種電路和光電二極管的垂直集成(vertical integration)。
本發(fā)明的實(shí)施例還涉及一種圖像傳感器及其制造方法，其中該方法可同時(shí)提高分辨率和敏感度。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，圖像傳感器可以包括經(jīng)垂直配 置的光電二極管，在光電二極管和電路之間具有提高的物理和電接觸。
本發(fā)明實(shí)施例還涉及圖像傳感器及其制造方法，其中該圖像傳感器采用 經(jīng)垂直配置的光電二極管。這樣可減小或防止光電二極管中的缺陷。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圖像傳感器可以包括下列組件中的至少一個(gè)。其 上形成有電路的第一襯底。與該第一襯底接合并且與該電路電連接的光電二 極管。位于像素邊界并且電連接至該電路和該光電二極管的接觸塞。該光電 二極管可以包括第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)和第二導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)，其中 該第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)被選擇性地提供于晶體半導(dǎo)體層中，以及該第二 導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)與該第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)的一側(cè)表面相接觸。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，制造圖像傳感器的方法可以包括下列步驟中的至 少一個(gè)。制備第一襯底以提供具有導(dǎo)線的電路。制備第二襯底以提供光電二 極管。接合該第一襯底和該第二襯底，以使該光電二極管和第一電介質(zhì)相接 觸。通過移除經(jīng)接合的該第二襯底的下邊，以暴露該光電二極管。在像素邊 界處提供接觸塞，以電連接該導(dǎo)線和該光電二極管。該光電二極管可以包括 第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)和第二導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)，其中該第一導(dǎo)電類型 離子注入?yún)^(qū)被選擇性地提供于晶體半導(dǎo)體層中，以及該第二導(dǎo)電類型離子注 入?yún)^(qū)與該第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)的一側(cè)表面相接觸。


示例性圖1A和圖1B分別示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像傳感器的剖 視圖和平面圖。
示例性圖2至圖13分別示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造圖像傳感器 的方法的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將接合隨附附圖描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像傳感器及其 制造方法。圖1B示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像傳感器的平面圖，以及 圖1A示出了沿圖1B中I-I'的圖像傳感器的剖視圖。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器可以包括第一襯底100和光電二極管
6210，其中在第一襯底100上形成有電路，以及將光電二極管210接合至第 一襯底100并且電連接至電路。該圖像傳感器還可以包括接觸塞240，其中 接觸塞240形成在像素邊界處，以便電連接至電路和光電二極管210。光電 二極管210可以包括第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)214和第二導(dǎo)電類型離子注入 區(qū)216，其中所形成的該第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)214被選擇性地提供于晶 體半導(dǎo)體層中，以及所形成的該第二導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)216與該第一導(dǎo)電 類型離子注入?yún)^(qū)214的一側(cè)表面相接觸。
如圖1A所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，接觸塞240的一側(cè)表面可以與光 電二極管的第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)214電連接，并且通過第二電介質(zhì)230 可以使接觸塞240的另一側(cè)表面絕緣。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在第二電介質(zhì)230的一側(cè)表面上和/或上方還可以 形成阻擋層220。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第二電介質(zhì)230可以是氧化物層， 并且阻擋層220可以是氮化物層。然而，也可以采用本領(lǐng)域公知的其他合適 的材料。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一電介質(zhì)120具有的厚度大約可以介于50A IOOOA之間，并且其可以形成在第一襯底100和光電二極管210之間。如圖 5所示，第一電介質(zhì)120可以作為第一襯底100和第二襯底200之間的耦合 層。
此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，高濃度的第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)212還 可以形成在光電二極管的第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)214和接觸塞240之間。
如圖1B所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上電極242可以電連接至光電二 極管的第二導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)216。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，如圖3所示，半導(dǎo)體層210a可以是單晶體 (monocrystalline)半導(dǎo)體層，但也可以是本領(lǐng)域公知的其他合適的材料。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，半導(dǎo)體層210a可以是多晶體(polyciystalline)半導(dǎo)體 層。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用于CMOS圖像傳感器(CIS)的第一襯底100 的電路可以為4晶體管CIS (4 Tr CIS)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一襯底 100的電路還可以為1 Tr CIS、3 Tr CIS、 5 Tr CIS、共享晶體管CIS( 1.5 Tr CIS )
或本領(lǐng)域公知的其他任何配置。
7根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在第一襯底100上和/或上方所形成的導(dǎo)線110可 以包括金屬和插塞。導(dǎo)線110的最上部可以作為光電二極管的下電極。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，如圖1A和圖1B所示，可以通過在像素邊界處形 成接觸塞和上電極以增加填充系數(shù)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以在像素邊界處形成電介質(zhì)以最小化或 防止像素串?dāng)_(cross-talk)。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以通過保護(hù)位 于像素邊界處的接觸塞和下導(dǎo)線之間的接觸部以增加歐姆接觸(ohmk contact)。本發(fā)明的實(shí)施例還可以提供一種光電二極管，其可以形成在置于 電路上方的晶體半導(dǎo)體(crystalline semiconductor)之內(nèi)的一側(cè)表面上。
示例性圖2至圖13示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造圖像傳感器的方法 的剖視圖。
如圖2所示，在所形成的電路上和/或上方制備第一襯底100，其中該電 路包括導(dǎo)線110。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，電路可以為本領(lǐng)域公知的任意配置。 例如，電路可以為4 Tr CIS。在第一襯底100上和/或上方所形成的導(dǎo)線110 可以包括金屬和插塞。
可以在第一襯底100上和/或上方形成第一電介質(zhì)120以選擇性地接觸導(dǎo) 線110。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，形成第一電介質(zhì)120的步驟不是必需的步驟。 第一電介質(zhì)120可以是諸如二氧化硅(Si02)等氧化物層，但并不限于此。 可以在第一電介質(zhì)120上進(jìn)行諸如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)等平坦化工藝。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以將電介質(zhì)置于光電二極管和電路之間。在以 垂直方式配置的光電二極管中，這種方式可以提高光電二極管和電路之間的 連通性。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在電路上和/或上方形成電介質(zhì)并且進(jìn) 行諸如CMP等平坦化工藝之后，可以進(jìn)行接合工藝。這樣可以最小化覆蓋 誤差(overlay errors)并且提高接合和割裂的狀態(tài)。
如圖3所示，可以在第二襯底200上和/或上方形成半導(dǎo)體層210a，其 中該半導(dǎo)體層210a可以是晶體半導(dǎo)體。通過在這樣的晶體半導(dǎo)體層210a上 形成光電二極管，可以最小化或防止光電二極管中的缺陷。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以在第二襯底200上和/或上方以外延生長(zhǎng)方式 形成晶體半導(dǎo)體層210a。然后，可以在第二襯底200和晶體半導(dǎo)體層210a 之間的邊界處注入氫離子。這樣可以形成氫離子注入層207a?？梢栽诰w半導(dǎo)體層210a上通過離子注入形成光電二極管210。根據(jù)本 發(fā)明的實(shí)施例，晶體半導(dǎo)體層210a可以被形成為第一導(dǎo)電類型層。在形成 晶體半導(dǎo)體層210a之后，可以在其整個(gè)表面上和/或上方進(jìn)行第一導(dǎo)電類型 離子注入。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在晶體半導(dǎo)體層210a形成之后，可以采 用掩模以選擇性地形成第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)214。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例， 第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)214可以為N-區(qū)域，但并不以此為限。
可以采用第一感光層圖案310作為掩模，以在位于第一導(dǎo)電類型離子注 入?yún)^(qū)214 —側(cè)的像素邊界處形成高濃度第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)212。根據(jù) 本發(fā)明的實(shí)施例，通過在像素邊界處形成N+區(qū)域，可以引發(fā)歐姆接觸。
如圖4所示，可以移除第一感光層圖案310，并且采用第二感光層圖案 320作為掩模，以在位于第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)214的另一側(cè)表面上形成 第二導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)216。
如圖5所示，可以接合第一襯底100和第二襯底200，以使光電二極管 210與第一電介質(zhì)120接觸。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在使第一襯底100和第 二襯底200接合之前，可以采用等離子體活化作用(plasmaactivation)以提 高接合表面的表面能量(surface energy)。
如圖6所示，可以對(duì)第二襯底200進(jìn)行熱處理。如圖5所示，這樣可以 將氫離子注入層207a轉(zhuǎn)變成氫氣層207。下一步，如圖7所示，通過移除位 于氫氣層207上方的第二襯底200的底部以暴露光電二極管210。
如圖8所示，可以進(jìn)行蝕刻以使光電二極管210成為單個(gè)像素。根據(jù)本 發(fā)明的實(shí)施例，可以移除位于像素邊界處的光電二極管210和第一電介質(zhì) 120，以選擇性地暴露導(dǎo)線110并且形成第一接觸孔H1。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施 例，可以選擇性地并且部分性的移除位于像素邊界處的高濃度第一導(dǎo)電類型 離子注入?yún)^(qū)212和第二導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)216，以選擇性地暴露導(dǎo)線110。
如圖9所示，可以在第一接觸孔Hl和光電二極管210上和/或上方形成 阻擋層220。阻擋層220可以是諸如氮化硅(SiN)層等氮化物層，但并不以 此為限。
如圖10所示，可以形成第二電介質(zhì)230，以填充位于阻擋層220上和/ 或上方的第一接觸孔H1。第二電介質(zhì)230可以是諸如SiO2等氧化物層，但 并不以此為限。
9如圖11所示，可以移除第二電介質(zhì)230以暴露第一接觸孔H1的一側(cè)表 面和下表面的一側(cè)的阻擋層220,并且形成第二接觸孔H2。根據(jù)本發(fā)明的實(shí) 施例，可以在第二電介質(zhì)230和阻擋層上進(jìn)行第一濕蝕刻，其中該第一濕蝕 刻采用具有高蝕刻選擇性的蝕刻劑。
如圖12所示，可以移除暴露的阻擋層220。這樣可以形成第三接觸孔 H3以選擇性地暴露光電二極管210的一側(cè)表面和導(dǎo)線110。根據(jù)本發(fā)明的實(shí) 施例，可以在第二電介質(zhì)230和阻擋層上進(jìn)行第二濕蝕刻，其中該第二濕蝕 刻采用具有高蝕刻選擇性的蝕刻劑。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以移除暴露的 阻擋層220以形成第三接觸孔H3，從而選擇性地暴露第一導(dǎo)電類型離子注 入?yún)^(qū)212的一側(cè)表面和導(dǎo)線110。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，當(dāng)形成接觸部時(shí)，采用濕蝕刻，可以最小化或防 止可能會(huì)在干蝕刻中另外發(fā)生的等離子體損壞。與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過這種 方法最終獲得的光電二極管的特性會(huì)更好。
如圖13所示，可以形成接觸塞240以填充第三接觸孔H3。根據(jù)本發(fā)明 的實(shí)施例，可以由鎢(W) 、 Ti單層或Ti/TiN多層形成接觸塞240，但并不 以此為限。下一步，可以形成一種上電極242,其可以電連接至第二導(dǎo)電類 型離子注入?yún)^(qū)216。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在選擇性地移除像素邊界以暴露 第二導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)216的一側(cè)表面之后，可以形成上電極242以接觸 第二導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)216。
可以將用于形成上電極242的蝕刻過程與用于形成接觸塞240的蝕刻過 程一同進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用于形成接觸塞240和上電極242的材 料可以相同。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以形成第四孔。在通過形成第三接觸 孔H3以暴露高濃度第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)212時(shí)，第四孔可以暴露第二 導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)216，并且可以同時(shí)形成接觸塞和上電極以填充第三孔 H3和第四孔。
顯然對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，可以對(duì)本發(fā)明公開的實(shí)施例做出各 種修改和變化。因此，這些公開的實(shí)施例能夠覆蓋這些明顯的改變和變化， 并認(rèn)定這些明顯的改變和變化落入隨附權(quán)利要求及其等同方式之內(nèi)。
10
權(quán)利要求
1. 一種器件，包括第一襯底，其上形成有電路；光電二極管，接合至該第一襯底并且電連接至該電路；以及接觸塞，位于像素邊界處并且與該電路和該光電二極管電連接，其中該光電二極管包括第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)和第二導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)，該第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)被選擇性地提供于晶體半導(dǎo)體層中，而該第二導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)與該第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)的一側(cè)表面接觸。
2. 如權(quán)利要求1所述的器件，其中該電路包括一晶體管CMOS圖像傳感 器、二晶體管CMOS圖像傳感器、三晶體管CMOS圖像傳感器以及四晶體 管CMOS圖像傳感器中的一種。
3. 如權(quán)利要求1所述的器件，其中該接觸塞的第一側(cè)表面與該第一導(dǎo)電 類型離子注入?yún)^(qū)電接觸，而該接觸塞的第二側(cè)表面通過電介質(zhì)而絕緣。
4. 如權(quán)利要求3所述的器件，包括上電極，與該第二導(dǎo)電類型離子注入 區(qū)電接觸。
5. 如權(quán)利要求3所述的器件，包括高濃度第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)，位 于該第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)和該接觸塞之間。
6. 如權(quán)利要求1所述的器件，包括高濃度第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)，位 于該第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)和該接觸塞之間。
7. 如權(quán)利要求1所述的器件，其中該接觸塞包括以下結(jié)構(gòu)至少之一鎢、 鈦單層以及鈦/氮化鈦多層結(jié)構(gòu)。
8. —種方法，包括以下步驟 制備包括電路和導(dǎo)線的第一襯底； 制備包括光電二極管的第二襯底；接合該第一襯底和該第二襯底，以使該光電二極管和第一電介質(zhì)相接觸；通過移除該第二襯底的下側(cè)以暴露該光電二極管；以及 將該導(dǎo)線電連接至該光電二極管，其中該光電二極管包括第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)和第二導(dǎo)電類型離子 注入?yún)^(qū)，其中該第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)被選擇性地提供于晶體半導(dǎo)體層中，以及該第二導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)與該第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)的一側(cè)表 面接觸。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中該晶體半導(dǎo)體層包括單晶體半導(dǎo)體層。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中將該導(dǎo)線電連接至該光電二極管的步 驟包括在像素邊界處形成接觸塞。
11. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中該接觸塞的第一側(cè)表面與該光電二 極管的該第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)電接觸，而該接觸塞的第二側(cè)表面通過第 二電介質(zhì)而絕緣。
12. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中該電路包括一晶體管CMOS圖像傳 感器、二晶體管CMOS圖像傳感器、三晶體管CMOS圖像傳感器以及四晶 體管CMOS圖像傳感器中的一種。
13. 如權(quán)利要求8所述的方法，包括以下步驟提供上電極，電耦合至該 第二導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)。
14. 如權(quán)利要求8所述的方法，包括以下步驟在制備該第一襯底之后， 在該第一襯底上形成該第一電介質(zhì)，以選擇性地接觸該導(dǎo)線。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中通過在像素邊界處形成的接觸塞將 該導(dǎo)線電耦合至該光電二極管，并且該接觸塞的第一側(cè)表面電耦合至該第一 導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)，而該接觸塞的第二側(cè)表面通過第二電介質(zhì)而絕緣。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中將該導(dǎo)線電連接至該光電二極管的 步驟包括定義第一接觸孔，以通過移除位于像素邊界處的該光電二極管和該第一電介質(zhì)而選擇性地暴露該導(dǎo)線；在該第一接觸孔和該光電二極管上方形成阻擋層； 在該阻擋層上方提供第二電介質(zhì)，以填充該第一接觸孔； 通過移除該第二電介質(zhì)而定義第二接觸孔，以暴露位于該第一接觸孔的一側(cè)表面和下表面的一側(cè)的該阻擋層；通過移除暴露的阻擋層而定義第三接觸孔，并選擇性地暴露該光電二極管的一側(cè)表面和該導(dǎo)線；以及形成接觸塞，以填充該第三接觸孔。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中該阻擋層包括氮化硅層。
18. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中移除位于該像素邊界處的該光電二極管和該第一電介質(zhì)的步驟包括進(jìn)行濕蝕刻。
19. 如權(quán)利要求16所述的方法，定義該第一接觸孔、第二接觸孔和第三接觸孔的步驟包括進(jìn)行濕蝕刻。
20. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中該接觸塞包括以下結(jié)構(gòu)的至少之一鉤、鈦單層以及鈦/氮化鈦多層結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種圖像傳感器及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圖像傳感器可以包括其上形成有電路的第一襯底。圖像傳感器還可以包括與該第一襯底接合和與該電路電連接的光電二極管，以及位于像素邊界處的接觸塞，其中該接觸塞電連接至該電路和該光電二極管。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該光電二極管可以包括第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)和第二導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)，其中該第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)被選擇性地提供于晶體半導(dǎo)體層中，以及該第二導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)與該第一導(dǎo)電類型離子注入?yún)^(qū)的一側(cè)表面相接觸。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101471354SQ200810175428
公開日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者金兌圭 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司