專利名稱：圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是一種用于將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號的半導(dǎo)體器件。圖像傳
感器可以分為電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器或互補金屬氧化物(CMOS) 圖像傳感器(CIS) 。 CIS包括形成在單位像素中的光電二極管和MOS晶體 管，并且以切換模式順序地檢測單位像素的電信號來獲得圖像。在現(xiàn)有技術(shù) 的CIS結(jié)構(gòu)中，光電二極管和晶體管可以水平排列。盡管現(xiàn)有技術(shù)的水平型 CIS已經(jīng)解決CCD圖像傳感器的局限性，但仍存在問題。例如，由于在水平 型CIS中，將光電二極管和晶體管以相鄰方式水平地形成在襯底上和/或上 方，所以需要額外區(qū)域用于形成光電二極管。因此，會使填充系數(shù)發(fā)生下降 并且可能會限制分辨率。此外，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的水平型CIS中，很難實現(xiàn) 使同時形成光電二極管和晶體管的工藝最優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
實施例涉及圖像傳感器及其制造方法，其中該方法提供一種電路和光電 二極管的新集成方法。
實施例涉及圖像傳感器及其制造方法，其中該方法使用晶體硅接合工 藝，通過實施接合，很容易確保工藝裕度(process margin)，并且通過形成 接觸，很容易確保在下金屬和晶體硅之間形成歐姆接觸。
實施例涉及圖像傳感器及其制造方法，其中該方法可以最大化分辨率和 靈敏度。
實施例涉及圖像傳感器及其制造方法，其中該方法使用垂直型光電二極 管以防止其內(nèi)產(chǎn)生缺陷。
實施例涉及一種圖像傳感器，可以包括以下器件中的至少之一第一襯底，在其上和/或上方形成下金屬線和電路；第一絕緣層，形成在下金屬線上 和/或上方；晶體半導(dǎo)體層，接觸第一絕緣層并與第一襯底接合；光電二極管， 形成在晶體半導(dǎo)體層中；以及接觸線，將光電二極管電連接至下金屬線。
實施例涉及一種器件，可以包括以下元件至少之一第一襯底；下金屬 線和電路，形成在第一襯底上方；第一絕緣層，形成在下金屬線上方；晶體 半導(dǎo)體層，接觸第一絕緣層并與第一襯底接合；光電二極管，形成在晶體半 導(dǎo)體層中；以及接觸線，將光電二極管電連接至下金屬線。
實施例涉及一種方法，可以包括以下步驟中的至少之一提供第一襯底， 在其上方形成下金屬線和電路；然后在第一襯底的下金屬線上方形成第一絕 緣層；然后提供第二襯底，在其上方形成光電二極管；然后將第二襯底接合 至第一襯底，使得第二襯底的光電二極管接觸第一襯底的第一絕緣層；以及 然后通過移除第二襯底的下部暴露光電二極管。
實施例涉及一種圖像傳感器的制造方法，可以包括以下步驟中的至少之 一提供第一襯底，在其上和/或上方形成下金屬線和電路；在第一襯底的下 金屬線上和/或上方形成第一絕緣層；提供第二襯底，在其上和/或上方形成 光電二極管；將第二襯底接合至第一襯底，使得第二襯底的光電二極管接觸 第一襯底的第一絕緣層；以及然后通過移除第二襯底的下部暴露光電二極 管。
通過本發(fā)明提供的圖像傳感器的制造方法可以提高圖像傳感器的分辨 率和靈敏度。


示例性圖1至圖IO示出了根據(jù)實施例的圖像傳感器及其制造方法。
具體實施例方式
下文將參考隨附附圖詳細闡述根據(jù)實施例的圖像傳感器及其制造方法。 如示例性圖1所示，根據(jù)實施例的圖像傳感器可以包括第一襯底100， 其上和/或上方形成有下金屬線110和電路；第一絕緣層120，形成在下金屬
線110上和/或上方；晶體半導(dǎo)體層210,接觸第一絕緣層120并且與第一襯 底100接合；光電二極管210，形成在晶體半導(dǎo)體層210中；以及接觸線240，將下金屬線110電連接至光電二極管210。
在實施例中，光電二極管210可以包括第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層213和第二 導(dǎo)電類型導(dǎo)電層215，其中第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層213形成在晶體半導(dǎo)體層210 中，以及第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層215形成在晶體半導(dǎo)體層210中并且位于第一 導(dǎo)電類型導(dǎo)電層213上和/或上方。可選地，光電二極管210還可以包括高濃 度第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層211，其形成在晶體半導(dǎo)體層210中并且位于第一導(dǎo) 電類型導(dǎo)電層213下。
根據(jù)實施例的圖像傳感器還可以包括第二絕緣層230，其形成在晶體半 導(dǎo)體層210上和/或上方，并且包括第二溝槽T2和第三溝槽T3，其中第二溝 槽T2 (參見示例性圖8)用于選擇性地暴露下金屬線110，以及第三溝槽T3 (參見示例性圖8)用于選擇性地暴露光電二極管210。接觸線240可以包 括第二栓塞241、第三栓塞243和金屬線245，其中第二栓塞241和第三栓 塞243分別用于填充第二溝槽T2和第三溝槽T3，以及金屬線245用于將第 二栓塞241連接至第三栓塞243。第二栓塞241可用作偏壓接觸，以及第三 栓塞243可用作信號接觸。
可以通過蝕刻第二絕緣層230形成第二溝槽T2，使得暴露下金屬線110 而不暴露光電二極管210。因此，根據(jù)實施例，可以在器件隔離區(qū)中形成第 二栓塞T2。根據(jù)實施例的圖像傳感器可以提供電路和光電二極管的垂直集 成。此外，根據(jù)實施例的圖像傳感器，可以在將第二襯底200接合至第一襯 底100的上表面之前，通過在第一襯底100上和/或上方形成絕緣層120 (例 如氧化物層)，可以最大化第一襯底IOO和第二襯底之間的接合力頂部。此 外，根據(jù)實施例的圖像傳感器，還可以在將第二襯底200接合至第一襯底100 的頂部表面之前，通過在第一襯底100上和/或上方形成絕緣層120，可以最 佳化接合和分離(cleaving)狀態(tài)，從而最小化由CMP等引起的高度差。此 外，根據(jù)實施例的圖像傳感器，通過在第一襯底100的下金屬線和第二襯底 200之間形成歐姆接觸，從而獲得增強的特性。
如示例性圖2至圖10所示，根據(jù)實施例的圖像傳感器的制造方法可以 包括以下步驟提供第一襯底IOO，其中形成有下金屬線IIO和電路。根據(jù) 實施例的圖像傳感器可以是CIS，但并不僅限于四晶體管CIS。此后，在第 一襯底100的下金屬線110上和/或上方形成第一絕緣層120。例如，第一絕緣層120可以是氧化層，但并不僅限于此。第一絕緣層120的形成可以增強 第一襯底100和與第一襯底100鍵和的襯底之間的接合力。
如示例性圖3所示，下一步，制備其中形成有光電二極管210的第二襯 底200，并且將其與第一襯底100接合。下文將更加詳細地闡述第二襯底200 的制備過程。首先，在第二襯底200上和/或上方形成晶體半導(dǎo)體層210。在 晶體半導(dǎo)體層210中形成光電二極管210，從而可以防止光電二極管的內(nèi)部 缺陷。
可以通過下文所述的方法制備第二襯底200。例如，首先通過將氫離子 注入第二襯底200中，形成氫離子注入層220。此后，將雜質(zhì)離子注入晶體 半導(dǎo)體層210中，以形成光電二極管210。可選地，首先可以在第二襯底200 中形成掩埋絕緣層(buried insulating layer)，然后可以在第二襯底200上和 /或上方形成晶體半導(dǎo)體層210。例如，掩埋絕緣層可以是絕緣體上硅(SOI)， 但并不僅限于此。
如示例性圖4所示，形成光電二極管210的工藝包括在晶體半導(dǎo)體層210 中使用離子注入來形成光電二極管210。例如，在晶體半導(dǎo)體層210的下部 中形成第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層215。第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層215可以是高濃度P-型導(dǎo)電層。例如，可以無須掩模而在第二襯底200的整個表面上實施第一次 毯覆式離子注入(blanket-ion implantation)，以在晶體半導(dǎo)體層210的下部 中形成高濃度P-型導(dǎo)電層215。例如，可以形成結(jié)深(junction depth)小于 約0.5 pm的第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層215。
此后，無須掩模而在第二襯底200的整個表面上實施第二次毯覆式-離子 注入，以在第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層215上和/或上方形成第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層 213。第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層213可以是低濃度N-型導(dǎo)電層。可以形成結(jié)深范 圍約為從1.0 pm至0.5 )am的低濃度第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層213。
如示例性圖3所示，實施例還可以包括在第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層213上和 /或上方形成高濃度第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層211。高濃度第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層 211可以是高濃度N-型導(dǎo)電層。例如，無須掩模而在第二襯底200的整個表 面上實施第三次毯覆式離子注入，以在第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層213上和/或上方 形成高濃度第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層211?？梢孕纬山Y(jié)深范圍約為0.05,至0.2 pm的高濃度第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層211。如示例性圖3所示，然后，接合第一襯底100和第二襯底200，使得第二襯底200的光電二極管210接觸第一襯 底100的第一絕緣層120。例如，可以通過使第一襯底100和第二襯底200 相互接觸，然后通過等離子體進行激活(activation)，來實施所述接合，但 接合方法并不僅限于此。
如示例性圖4所示，此后，移除第二襯底200的下部以保留光電二極管 210。例如，通過在第二襯底200上實施熱處理，可以將形成在第二襯底200 中的氫離子注入層220轉(zhuǎn)變成氫氣層?？梢暂p易地移除在該氫氣層附近的第 二襯底200的下部，使得光電二極管210得以暴露。在另一實施例中，如圖 4所示，當(dāng)?shù)诙r底200具有掩埋絕緣層時，通過背面研磨(back grinding)
移除第二襯底的下部以暴露掩埋絕緣層，然后通過蝕刻移除被暴露的掩埋絕 緣層，以在第一襯底100上僅保留光電二極管210。例如，可以通過濕法蝕 刻移除掩埋絕緣層，但本發(fā)明并不僅限于此。
如示例性圖5所示，在暴露光電二極管210之后，選擇性地蝕刻光電二 極管210和第一絕緣層120以形成第一溝槽T1，從而暴露下金屬線IIO。此 后，如示例性圖10所示，可以形成接觸線240，以將光電二極管210電連接 至下層金屬線110。
如示例性圖6所示，形成接觸線240的工藝可以包括在第一溝槽Tl和 光電二極管210上和/或上方形成第二絕緣層230。第二絕緣層230可以是氧 化層，但并不僅限于此。如示例性圖7所示，下一步，選擇性地蝕刻第二絕 緣層230以形成第二溝槽T2，從而暴露下金屬線110。對第二絕緣層230的 蝕刻可以對應(yīng)于偏壓接觸蝕刻。為了避免蝕刻光電二極管210，可以蝕刻第 二絕緣層230，從而在各個像素的光電二極管之間插入第二絕緣層230，以 防止像素之間的串?dāng)_。
如示例性圖8所示，下一步，選擇性地蝕刻第二絕緣層230以形成第三 溝槽T3，從而選擇性地暴露光電二極管210。對第二絕緣層230的選擇性蝕 刻可以對應(yīng)于信號接觸蝕刻。如示例性圖9所示，下一步，可以分別形成填 充第二溝槽T2的第二栓塞241和填充第三溝槽T3的第三栓塞243。第二栓 塞241和第三栓塞243可由鎢(tungsten)形成，但是本發(fā)明并不僅限于此。 第二栓塞241用作偏壓接觸件，并且第三栓塞243用作信號接觸件。如示例 性圖10所示，下一步，可以形成金屬線245，以使第二栓塞241和第三栓塞243相互連接。金屬線245可以由鋁(Al)、銅(Cu)等材料形成，但本發(fā) 明并不僅限于此。
根據(jù)實施例的圖像傳感器及其制造方法可以提供電路和光電二極管的 垂直集成。此外，根據(jù)實施例的圖像傳感器及其制造方法，可以在將第二襯 底200接合至第一襯底100的上表面之前，通過在第一襯底上和/或上方形成 絕緣層(例如氧化物層)，以最大化第一襯底和第二襯底之間的接合力。此 外，根據(jù)實施例的圖像傳感器及其制造方法，還可以在將第二襯底接合至第 一襯底的上表面之前，通過在第一襯底上和/或上方形成絕緣層，以改善接合 和分離狀態(tài)，從而最小化由CMP等引起的高度差。此外，根據(jù)實施例的圖 像傳感器及其制造方法，通過在第一襯底的下金屬線和第二襯底之間形成歐 姆接觸，以期獲得增強的特性。
盡管實施例一般涉及互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器，但 實施例并不僅限于此，而是可以輕易地適用于任何需要光電二極管的圖像傳 感器。
盡管上文描述了多個實施例，但可以理解的是本領(lǐng)域技術(shù)人員完全可以 推導(dǎo)出許多其它變化和實施例，并落入本發(fā)明公開內(nèi)容的原理的精神和范圍 之內(nèi)。尤其是，可以在該本發(fā)明的公開、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)對組 件和/或附件組合設(shè)置中的設(shè)置進行多種變化和改進。除組件和/或設(shè)置的變 化和改進之外，其它可選擇的應(yīng)用對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言也是顯而易見 的。
權(quán)利要求
1. 一種器件，包括第一襯底；下金屬線和電路，形成在該第一襯底上方；第一絕緣層，形成在該下金屬線上方；晶體半導(dǎo)體層，接觸該第一絕緣層并且與該第一襯底接合；光電二極管，形成在該晶體半導(dǎo)體層中；以及，接觸線，將該光電二極管電連接至該下金屬線。
2. 如權(quán)利要求l所述的器件，其中該光電二極管包括 高濃度第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，形成在該晶體半導(dǎo)體層中； 第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，形成在該晶體半導(dǎo)體層中并且位于該高濃度第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層上方；以及第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，形成在該晶體半導(dǎo)體層中并且位于該第一導(dǎo)電類 型導(dǎo)電層上方。
3. 如權(quán)利要求l所述的器件，其中該光電二極管包括高濃度第一導(dǎo)電 類型導(dǎo)電層，形成在該晶體半導(dǎo)體層中。
4. 如權(quán)利要求l所述的器件，其中該光電二極管包括第一導(dǎo)電類型導(dǎo) 電層，形成在該晶體半導(dǎo)體層中。
5. 如權(quán)利要求4所述的器件，其中該光電二極管包括第二導(dǎo)電類型導(dǎo) 電層，形成在該晶體半導(dǎo)體層中并且位于該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層上方。
6. 如權(quán)利要求4所述的器件，其中該光電二極管包括高濃度第一導(dǎo)電 類型導(dǎo)電層，形成在該晶體半導(dǎo)體層中并且位于該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層下 方。
7. 如權(quán)利要求1所述的器件，還包括第二絕緣層，形成在該晶體半導(dǎo) 體層中，并且該第二絕緣層包括第二溝槽和第三溝槽，其中該第二溝槽選擇 性地暴露該下金屬線，以及該第三溝槽選擇性地暴露該光電二極管。
8. 如權(quán)利要求7所述的器件，其中該接觸線包括 第二栓塞，填充該第二溝槽；第三栓塞，填充該第三溝槽；以及， 金屬線，將該第二栓塞連接至該第三栓塞。
9. 如權(quán)利要求7所述的器件，其中該第二溝槽暴露該下金屬線而不暴露 該光電二極管。
10. 如權(quán)利要求7所述的器件，其中該第二栓塞形成在器件隔離區(qū)中。
11. 如權(quán)利要求l所述的器件，其中該器件包括圖像傳感器。
12. —種方法，包括以下步驟提供第一襯底，在其上方形成下金屬線和電路；然后 在該第一襯底的該下金屬線上方形成第一絕緣層；然后 提供第二襯底，在其上方形成光電二極管；然后將第二襯底接合至該第一襯底，使得該第二襯底的該光電二極管接觸該 第一襯底的該第一絕緣層；以及然后通過移除該第二襯底的下部，暴露該光電二極管。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，還包括以下步驟，在暴露該光電二極管 之后通過選擇性地蝕刻該光電二極管和該第一絕緣層，形成第一溝槽，以暴 露該下金屬線；以及然后形成接觸線，以將該下金屬線電連接至該光電二極管。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中形成該接觸線的步驟包括 在該第一溝槽和該光電二極管上方形成第二絕緣層；然后 通過選擇性地蝕刻該第二絕緣層，形成第二溝槽，以暴露該下金屬線；然后通過選擇性地蝕刻該第二絕緣層而形成第三溝槽，從而選擇性地暴露該 光電二極管；然后形成第二栓塞和第三栓塞，以分別填充該第二溝槽和該第三溝槽；以及然后形成金屬線，將該第二栓塞連接至該第三栓塞。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中形成該第二溝槽的步驟包括蝕刻 該第二絕緣層，使得該光電二極管不被暴露。
16. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中該光電二極管包括高濃度第一導(dǎo) 電類型導(dǎo)電層，形成在該晶體半導(dǎo)體層中。
17. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中該光電二極管包括第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，形成在該晶體半導(dǎo)體層中。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中該光電二極管包括第二導(dǎo)電類型 導(dǎo)電層，形成在該晶體半導(dǎo)體中并且位于該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層上方。
19. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中該光電二極管還包括高濃度第一 導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，形成在該晶體半導(dǎo)體層中并且位于該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層 下方。
20. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中該光電二極管包括高濃度第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，形成在該晶體半導(dǎo)體層中； 第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，形成在該晶體半導(dǎo)體層中并且位于該高濃度第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層上方；以及第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，形成該晶體半導(dǎo)體層中并且位于該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層上方。
全文摘要
本發(fā)明公開一種圖像傳感器，包括下金屬線、電路、第一絕緣層、晶體半導(dǎo)體層、光電二極管以及接觸線。下金屬線和電路形成在第一襯底上和/或上方，并且第一絕緣層形成在下金屬線上和/或上方。晶體半導(dǎo)體層接觸第一絕緣層并接合至第一襯底。光電二極管形成在晶體半導(dǎo)體層中。接觸線將光電二極管電連接至下金屬線。通過本發(fā)明提供的圖像傳感器的制造方法可以提高圖像傳感器的分辨率和靈敏度。
文檔編號H01L27/146GK101447497SQ20081017868
公開日2009年6月3日 申請日期2008年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月27日
發(fā)明者金兌圭 申請人:東部高科股份有限公司