專(zhuān)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)：
圖像傳感器是一種將光圖像轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。圖像傳感器可
被劃分為電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(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。CIS可通過(guò)以 切換的方式順序地檢測(cè)單位像素的電信號(hào)而獲取圖像。在CIS結(jié)構(gòu)中，光電 二極管區(qū)可將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，晶體管可處理電信號(hào)。CMOS圖像傳感 器可包括形成在單位像素中的光電二極管和MOS晶體管，以順序檢測(cè)每個(gè) 單位像素的電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)圖像。光電二極管區(qū)和晶體管可以水平排列在 半導(dǎo)體襯底中。
在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的水平型CIS中，光電二極管和晶體管可以水平地、彼 此相鄰地形成在襯底上和/或上方。因此，可能需要用于形成光電二極管的附 加區(qū)域。
同樣地，在現(xiàn)有技術(shù)的水平型CIS中，可能難以達(dá)到同時(shí)形成光電二極 管和晶體管的最佳優(yōu)化工藝。也就是說(shuō)，可能需要淺結(jié)(shallow junction) 來(lái)滿足快速晶體管工藝中的低薄層電阻(low sheet resistance)，但是這種淺 結(jié)不一定適合光電二極管。
此外，在現(xiàn)有技術(shù)的水平型CIS中，可在圖像傳感器上添加額外的片上 功能。因此，可能需要增加單位像素的尺寸以保持圖像傳感器的靈敏度，或 者需要減小光電二極管的面積以保持像素尺寸。但是，如果像素尺寸增加， 圖像傳感器的分辨率就可能降低。如果光電二極管的面積減小，圖像傳感器 的靈敏度就可能變差。

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，其可提供垂直集成 的電路和光電二極管。本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種圖像傳感器及其制造方法， 其可在具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的垂直型光電二極管中阻止暗電流。
實(shí)施例涉及一種圖像傳感器及其制造方法，其可實(shí)現(xiàn)垂直型光電二極
管，這可以提高襯底間的接合性(bondability)和對(duì)準(zhǔn)裕度(alignment margin)。 實(shí)施例涉及一種圖像傳感器及其制造方法，其可增強(qiáng)分辨率和靈敏度。
實(shí)施例涉及一種圖像傳感器及其制造方法，其可實(shí)現(xiàn)垂直型光電二極 管，這可以阻止在光電二極管中產(chǎn)生缺陷。
根據(jù)實(shí)施例， 一種圖像傳感器可以包括至少一個(gè)如下結(jié)構(gòu)可在第 一襯底上和/或上方形成的包括金屬互連件的電路。位于接合到第一襯底 的結(jié)晶半導(dǎo)體層中的光電二極管，其中光電二極管可電連接到金屬互連 件。位于光電二極管中的離子注入隔離層。
根據(jù)實(shí)施例， 一種的圖像傳感的器制造方法可以包括至少一個(gè)如下步 驟可在第一襯底上和/或上方形成包括金屬互連件的電路。在第二襯底的結(jié) 晶半導(dǎo)體層中形成光電二極管。在光電二極管中形成離子注入隔離層。將第 一與第二襯底彼此接合，這樣可將光電二極管連接到金屬互連件。去除第二 襯底的下部以暴露光電二極管。
本發(fā)明提供了一種垂直集成的電路和光電二極管，可阻止因晶體缺 陷而引起的暗電流，提高襯底之間的接合性和對(duì)準(zhǔn)裕度，并且增強(qiáng)分辨 率和靈敏度。


示例性圖1至圖8示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器及其制造方法。
具體實(shí)施例方式
以下將參考附圖描述根據(jù)實(shí)施例的圖像傳感器及其制造方法。 示例性圖1是根據(jù)實(shí)施例的圖像傳感器的剖視圖。參考示例性圖1，圖 像傳感器包括第一襯底100，在第一襯底上和/或上方可形成包括金屬互連件 的電路。根據(jù)實(shí)施例，光電二極管210可設(shè)置在結(jié)晶半導(dǎo)體層中，其可接合到第一襯底100，并可電連接到金屬互連件?？稍诠怆姸O管210中設(shè)置離 子注入隔離層220。
根據(jù)實(shí)施例，光電二極管210可包括第二導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層212和第一導(dǎo) 電類(lèi)型導(dǎo)電層214，其中第二導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層212位于結(jié)晶半導(dǎo)體層中，而 第一導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層214位于第二導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層212上和/或上方。根據(jù)實(shí) 施例，通過(guò)實(shí)現(xiàn)垂直型光電二極管，其中光電二極管可設(shè)置在電路上方，可 最小化或阻止光電二極管中的缺陷。根據(jù)實(shí)施例，光電二極管210可形成在 結(jié)晶半導(dǎo)體層中。
根據(jù)實(shí)施例，離子注入層220可包括第二導(dǎo)電類(lèi)型第二離子注入隔離層 220b，第二導(dǎo)電類(lèi)型第二離子注入隔離層220b可設(shè)置在光電二極管210的 像素之間的界面處。根據(jù)實(shí)施例，離子注入隔離層220可包括第二導(dǎo)電類(lèi)型 第一離子注入隔離層220a，第二導(dǎo)電類(lèi)型第一離子注入隔離層220a可設(shè)置 在第一導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層214下和/或下方。
根據(jù)實(shí)施例，光電二極管210 (可用n型雜質(zhì)來(lái)輕摻雜)的惻面和/或底 部可使用離子注入隔離層絕緣。這樣可達(dá)到像素至像素的隔離。根據(jù)實(shí)施例， 離子注入隔離層可為P0層220。根據(jù)實(shí)施例，可使用離子注入隔離層220， 而不是使用現(xiàn)有技術(shù)的淺溝槽隔離(STI)工藝。根據(jù)實(shí)施例，可能因在蝕 刻工藝期間產(chǎn)生的晶體缺陷而引起的暗電流可以被最小化。
根據(jù)實(shí)施例，圖像傳感器可進(jìn)一步包括位于光電二極管210下的第二電 介質(zhì)260和位于第二電介質(zhì)260中的金屬焊盤(pán)270。根據(jù)實(shí)施例，在實(shí)現(xiàn)垂 直型光電二極管的圖像傳感器的制造中，在形成電介質(zhì)260和金屬焊盤(pán)270 后，可接合襯底。這樣能夠提高襯底之間的接合性和對(duì)準(zhǔn)裕度。
以下將參考示例性圖2至圖8描述根據(jù)實(shí)施例的圖像傳感器制造方法。 參考示例性圖2，光電二極管210可形成在第二襯底200的結(jié)晶半導(dǎo)體層中。 根據(jù)實(shí)施例，由于光電二極管210可形成在結(jié)晶半導(dǎo)體層中，所以能夠最小 化或阻止光電二極管內(nèi)的缺陷。
根據(jù)實(shí)施例，可通過(guò)外延生長(zhǎng)法形成第二襯底200。根據(jù)實(shí)施例，可將 氫離子注入到第二襯底200與結(jié)晶半導(dǎo)體層間的界面處。這樣可形成氫離子 注入層。根據(jù)實(shí)施例，可在注入雜質(zhì)離子以形成光電二極管210后，注入氫 離子。根據(jù)實(shí)施例，可將雜質(zhì)離子注入到結(jié)晶半導(dǎo)體層中。這樣可形成光電二
極管210。根據(jù)實(shí)施例，第二導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層212可形成在結(jié)晶半導(dǎo)體層的 下部。第二導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層212可為高濃度P型導(dǎo)電層。根據(jù)實(shí)施例，高濃 度P型導(dǎo)電層212可形成在結(jié)晶半導(dǎo)體層的下部。根據(jù)實(shí)施例，這可以在不 需要掩模的條件下，通過(guò)在第二襯底200的整個(gè)表面上和/或上方執(zhí)行第一毯 覆式(blanket)離子注入而完成。根據(jù)實(shí)施例，第二導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層212可 形成在結(jié)深小于大約0.5|im處。
根據(jù)實(shí)施例，第一導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層214可形成在第二導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層212 上和/或上方，例如在不需要掩模的條件下，通過(guò)在第二襯底200的整個(gè)表面 上和/或上方執(zhí)行第二毯覆式離子注入而形成。根據(jù)實(shí)施例，第一導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo) 電層214可為低濃度N型導(dǎo)電層。根據(jù)實(shí)施例，低濃度第一導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層 214可形成在范圍為從大約l.OMm到大約2.0,的結(jié)深處。
根據(jù)實(shí)施例，圖像傳感器的制造方法還可包括在第一導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層 214上和/或上方形成第二導(dǎo)電類(lèi)型第一離子注入隔離層220a。根據(jù)實(shí)施例， 可在不需要掩模的條件下執(zhí)行離子注入，可形成第二導(dǎo)電類(lèi)型第一離子注入 隔離層220a。根據(jù)實(shí)施例，這可為第一P0層220a。
參考示例性圖3，第二導(dǎo)電類(lèi)型第二離子注入隔離層220b可形成在光電 二極管210的像素之間的界面處。根據(jù)實(shí)施例，可使用光刻 (photolithographic)工藝與離子注入工藝，在像素之間的界面處形成第二 P0層220b。第二P0層220b可用作N—層214的像素至像素間的隔離件，也 可用于地線連接，其中N-層214可為用作光電二極管的第一導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層 214。
參考示例性圖4，可選擇性地形成高濃度第一導(dǎo)電類(lèi)型離子注入?yún)^(qū)230。 根據(jù)實(shí)施例，第一導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層214可連接到第二導(dǎo)電類(lèi)型第一離子注入 隔離層220a。根據(jù)實(shí)施例，可使用光刻工藝與離子注入工藝形成W層230。 N-層214可充當(dāng)光電二極管210。根據(jù)實(shí)施例，第一 P0層220a與第二 P0層 220b可用作地線和像素至像素間的隔離件。根據(jù)實(shí)施例，N"層230可用作像 素所產(chǎn)生的電子的電子運(yùn)動(dòng)(electron movement)路徑，并且有助于歐姆接 角蟲(chóng)(ohmic contact)。
參考示例性圖5，第一電介質(zhì)240可形成在第二襯底200上和/或上方。根據(jù)實(shí)施例，接著可形成金屬塞(metal plug) 250。根據(jù)實(shí)施例，氧化物層 可以形成在第二襯底200上和/或上方。根據(jù)實(shí)施例，金屬塞250可由鎢形成， 但可不限于此。
參考示例性圖6，第二電介質(zhì)260可形成在第二襯底200的光電二極管 210上和/或上方。根據(jù)實(shí)施例，金屬焊盤(pán)270可形成在第二電介質(zhì)260中。 根據(jù)實(shí)施例，在實(shí)現(xiàn)垂直型光電二極管的圖像傳感器的制造中，可在形成電 介質(zhì)260和金屬焊盤(pán)270后，接合襯底。這可以提高襯底之間的接合性和對(duì) 準(zhǔn)裕度。根據(jù)實(shí)施例，金屬焊盤(pán)270可由鎢(W)、鋁(Al)、銅(Cu)等 形成。
參考示例性圖7，制備第一襯底100，第一襯底100可包括金屬互連件 和電路。根據(jù)實(shí)施例，通過(guò)晶片級(jí)(wafer-level)的接合，可將第一襯底100 接合到第二襯底200。第一襯底100的金屬互連件可包括金屬件110和插塞 120。
根據(jù)實(shí)施例，上述接合可通過(guò)將第一襯底100與第二襯底200彼此接觸， 然后再通過(guò)等離子體執(zhí)行激活(activation)來(lái)執(zhí)行。根據(jù)實(shí)施例，這可增加 接合表面中的表面能量。
參考示例性圖8，可在第二襯底200中形成氫離子注入層，可將該氫離 子注入層變?yōu)闅錃鈱印８鶕?jù)實(shí)施例，這可通過(guò)對(duì)第二襯底200執(zhí)行熱處理來(lái) 完成。根據(jù)實(shí)施例，然后可去除一部分第二襯底200。根據(jù)實(shí)施例，光電二 極管210可保留在氫氣層下。這可暴露光電二極管210。根據(jù)實(shí)施例，可使 用切割裝置，例如刀片(blade)，來(lái)去除第二襯底200。
根據(jù)實(shí)施例，可在接合第一襯底與第二襯底之后，通過(guò)執(zhí)行切割 (cleaving)或背部薄化(backside thinning)工藝，去除P外延層，其中P 外延層可位于第二襯底200的上部。根據(jù)實(shí)施例，在后續(xù)工藝期間，光電二 極管210的最上層可連接到地線，光電二極管210的最上層可為P+層212。
根據(jù)實(shí)施例，圖像傳感器及其制造方法可提供垂直集成的電路和光電二 極管。根據(jù)實(shí)施例，為達(dá)到像素至像素之間的隔離，光電二極管的用n型雜 質(zhì)輕摻雜的部分可使用PO層而不是使用現(xiàn)有技術(shù)中的STI工藝來(lái)彼此絕緣。 根據(jù)實(shí)施例，能夠最小化因在蝕刻工藝期間產(chǎn)生的晶體缺陷而引起的暗電 流。根據(jù)實(shí)施例，在實(shí)現(xiàn)垂直型光電二極管的圖像傳感器的制造中，可在形 成電介質(zhì)和金屬焊盤(pán)之后，接合襯底。這可提高襯底之間的接合性和對(duì)準(zhǔn)裕 度。
根據(jù)實(shí)施例，垂直集成的電路和光電二極管能夠獲得接近100%的填充 因數(shù)，并能夠最大化靈敏度。
盡管針對(duì)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器(CIS)描述上述 實(shí)施例，但實(shí)施例并不限于CIS。根據(jù)實(shí)施例，任何需要光電二極管的圖像 傳感器都可以使用上述實(shí)施例。
本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然可以對(duì)公開(kāi)的實(shí)施例進(jìn)行各種修改和改變。因此， 在所附權(quán)利要求及其等效替換的范圍內(nèi)，公開(kāi)的實(shí)施例能夠涵蓋明顯的修改 和改變。
權(quán)利要求
1. 一種器件，包括襯底；電路，位于所述襯底上方，所述電路包括金屬互連件；光電二極管，位于與所述襯底接合的結(jié)晶半導(dǎo)體層中，所述光電二極管與所述金屬互連件電連接；以及離子注入隔離層，位于所述光電二極管中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述光電二極管包括 第二導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層，位于所述結(jié)晶半導(dǎo)體層中；以及 第一導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層，位于所述第二導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層上方。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中所述第二導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層形成在結(jié) 深小于約0.5ixm處。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中所述第一導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層形成 在范圍為約l.Oprni到2.0jim的結(jié)深處。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中所述離子注入隔離層包括位于所述 光電二極管的像素之間的界面處的第二導(dǎo)電類(lèi)型第一離子注入隔離層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的器件，其中所述離子注入隔離層包括位于所述 第一導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層下方的第二導(dǎo)電類(lèi)型第二離子注入隔離層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中所述離子注入隔離層形成在所述光電二極管的側(cè)面和所述光電二極管的底部至少之一的上方。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中所述離子注入隔離層包括PO層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，包括電介質(zhì)，位于所述光電二極管與所述金屬互連件之間；以及 金屬焊盤(pán)，位于所述電介質(zhì)中。
10. —種方法，包括如下步驟 提供第一襯底；在所述第一襯底上方形成包括金屬互連件的電路；在第二襯底的結(jié)晶半導(dǎo)體層中形成光電二極管；在所述光電二極管中形成離子注入隔離層；將所述第一襯底接合到所述第二襯底，以將所述光電二極管連接到所述金屬互連件；以及去除所述第二襯底的下部以暴露所述光電二極管。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中形成所述光電二極管的步驟包括在所述結(jié)晶半導(dǎo)體層中形成第二導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層；以及在所述第二導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層上方形成第一導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，包括在結(jié)深小于約0.5pm處形成所述第二導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，包括在范圍為約l.Opm到2.(Him的結(jié)深處形成所述第一導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在所述光電二極管中形成所述離子注入隔離層的步驟包括在所述第一導(dǎo)電類(lèi)型導(dǎo)電層上方形成第二導(dǎo)電類(lèi)型第一離子注入隔離層。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中在所述光電二極管中形成所述離子注入隔離層的步驟包括在所述光電二極管的像素之間的界面處形成第二導(dǎo)電類(lèi)型第二離子注入隔離層。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，包括在所述光電二極管的側(cè)面和所述光電二極管的底部至少之一的上方形成所述離子注入隔離層。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述離子注入隔離層包括PO層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，包括如下步驟在接合所述第一襯底和所述第二襯底之前，在所述第二襯底的所述光電二極管上方形成龜介質(zhì)；以及在所述電介質(zhì)中形成金屬焊盤(pán)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中將所述第一襯底接合到所述第二襯底的步驟包括將所述第一襯底與所述第二襯底彼此接觸并且通過(guò)等離子體執(zhí)行激活。
20. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中形成包括所述金屬互連件的所述電路的步驟包括在所述第一襯底上方形成金屬件和插塞。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例公開(kāi)一種圖像傳感器及其制造方法。根據(jù)實(shí)施例，圖像傳感器可以包括第一襯底、光電二極管以及離子注入隔離層。根據(jù)實(shí)施例，包括金屬互連件的電路可設(shè)置在第一襯底上方?？稍诮雍系降谝灰r底的結(jié)晶半導(dǎo)體層中設(shè)置光電二極管，并且光電二極管電連接到金屬互連件。在光電二極管中可設(shè)置離子注入隔離層。本發(fā)明可阻止因晶體缺陷而引起的暗電流，提高襯底之間的接合性和對(duì)準(zhǔn)裕度，并且增強(qiáng)分辨率和靈敏度。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101471374SQ20081019064
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者沈喜成 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司