專利名稱：背面照明圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及背面照明圖像傳感器(back side illumination imagesensor)。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號的半導(dǎo)體器件，通常分為CCD(電荷耦合 器件)圖像傳感器或CMOS圖像傳感器(CIS)。 在相關(guān)技術(shù)CIS中，通過離子注入工藝將光電二極管沉積在襯底上。隨著光電二 極管尺寸逐漸減小以增加像素數(shù)量而不增大芯片尺寸，存在著照明(illumination)部分 面積減小導(dǎo)致的圖像質(zhì)量下降的增長趨勢。 此外，由于堆疊高度減小不如照明部分面積減小的那么多，因而存在著光衍射使 進(jìn)入照明部分的光子數(shù)量減少的趨勢，其被稱為"艾里斑"。 為了解決以上問題，提供了背面照明圖像傳感器，其接收通過晶圓背面的光以使 照明部分的上部的臺階(st印)最小化，并消除金屬布線帶來的光干涉。
圖1是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的背面照明圖像傳感器的截面圖。 在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的背面照明圖像傳感器中，照明器件和互連形成在襯底的正面 上，然后執(zhí)行用于將襯底背面去除到預(yù)定厚度的背磨。該背磨工藝是為了使外部模組和光 學(xué)透鏡之間的間隙適于適當(dāng)厚度。 然而，在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的背面照明圖像傳感器中，SOI(絕緣體上硅)晶圓被用作 沉積有照明器件和電路部分的施主晶圓(donor wafer)，然后SOI晶圓被鍵合至處理晶圓 (handle wafer)。此后，背面減薄工藝被應(yīng)用于施主晶圓。
根據(jù)相關(guān)技術(shù)被應(yīng)用于施主晶圓的背面減薄工藝如下 首先，背磨工藝被應(yīng)用于施主晶圓使得在SOI晶圓的B0X(埋置氧化物)層的上部 留幾十ym。此后，通過執(zhí)行回蝕來完成背面減薄工藝。 然而，根據(jù)相關(guān)技術(shù)，由于用于施主晶圓的SOI晶圓昂貴，因而用于制造工藝的成 本增加。 此外，根據(jù)相關(guān)技術(shù)，如圖1所示，施主晶圓的背磨工藝可能導(dǎo)致晶圓邊緣減薄。 因而，在背磨工藝之后執(zhí)行的回蝕工藝中，可能在晶圓邊緣處的芯片中發(fā)生失效(fail)，導(dǎo) 致經(jīng)濟(jì)效率顯著下降的問題。 此外，根據(jù)相關(guān)技術(shù)，在幾十ym的回蝕工藝中，晶圓中央也面臨著等離子體損 壞，使得存在傳感器性能可能惡化的問題。 另外，根據(jù)相關(guān)技術(shù)，器件隔離區(qū)僅位于其上形成有光電二極管的襯底的表面上， 從而引起串?dāng)_現(xiàn)象。 同時，根據(jù)相關(guān)技術(shù)，在圖像傳感器中(以下，稱為"3D圖像傳感器")，可以通過使 用非晶硅來沉積光電二極管。另外，讀出電路形成在硅襯底上，光電二極管形成在另一晶圓 上，然后通過晶圓到晶圓鍵合將光電二極管沉積到讀出電路上。光電二極管和讀出電路通 過金屬線相連接。
然而，根據(jù)相關(guān)技術(shù)的3D圖像傳感器，晶圓到晶圓鍵合是對于具有讀出電路的晶 圓和具有光電二極管的晶圓執(zhí)行的。此處，由于與鍵合相關(guān)的問題，導(dǎo)致很難完全使讀出電 路與光電二極管電連接。例如，根據(jù)相關(guān)技術(shù)，金屬線在讀出電路上，執(zhí)行晶圓到晶圓鍵合， 使得金屬線與光電二極管相接觸，但金屬線可能不能與光電二極管完全接觸，這使得難以 實現(xiàn)金屬線和光電二極管之間的歐姆接觸。此外，根據(jù)相關(guān)技術(shù)，與光電二極管電連接的金 屬線中可能發(fā)生短路。因而，已經(jīng)對防止短路進(jìn)行了研究，但工藝變得復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
實施例提供了使得能夠穩(wěn)定且高效地為背面照明圖像傳感器去除襯底背面的背 面照明圖像傳感器以及制造該背面照明圖像傳感器的方法。 此外，實施例提供了使得能夠抑制串?dāng)_噪聲現(xiàn)象的背面照明圖像傳感器以及制造 該背面照明圖像傳感器的方法。 此外，實施例提供了使得能夠顯著減少制造成本的背面照明圖像傳感器以及制造 該背面照明圖像傳感器的方法。 此外，實施例提供了使得能夠通過在同一襯底上沉積光傳感器和讀出電路的同時 最小化照明部分上的堆疊來最大化入射光量并抑制由于金屬布線導(dǎo)致的光干涉和光反射 的背面照明圖像傳感器以及制造該背面照明圖像傳感器的方法。 根據(jù)實施例的背面照明圖像傳感器包括位于第一襯底正面上的器件隔離區(qū)和像 素區(qū)；位于像素區(qū)上的光傳感器和讀出電路；位于第一襯底正面上的層間電介質(zhì)層和金屬 線；鍵合至形成有金屬線的第一襯底的正面的第二襯底；位于第一襯底的背面的器件隔離 區(qū)上的像素隔離電介質(zhì)層；以及在第一襯底背面的光傳感器上的微透鏡。
根據(jù)實施例的制造背面照明圖像傳感器的方法包括通過在第一襯底的整個正面 注入離子來形成離子注入層；通過在第一襯底的正面上形成器件隔離區(qū)來限定像素區(qū)；在 像素區(qū)上形成光傳感器和讀出電路；在第一襯底的正面上形成層間電介質(zhì)層和金屬線；將 第二襯底鍵合至形成有金屬線的第一襯底的正面；基于離子注入層去除第一襯底的下部； 在第一襯底的背面的器件隔離區(qū)上形成像素隔離電介質(zhì)層；以及在第一襯底的背面的光傳 感器上形成微透鏡。 此外，根據(jù)實施例的制造背面照明圖像傳感器的方法包括通過在第一襯底的正 面上形成器件隔離區(qū)來限定像素區(qū)；通過在第一襯底的整個正面注入離子來形成離子注入 層；在像素區(qū)上形成光傳感器和讀出電路；在第一襯底的正面上形成層間電介質(zhì)層和金屬 線；將第二襯底鍵合至形成有金屬線的第一襯底的正面；基于離子注入層去除第一襯底的 下部；在第一襯底的背面的器件隔離區(qū)上形成像素隔離電介質(zhì)層；以及在第一襯底的背面 的光傳感器上形成微透鏡。


圖1是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的背面照明圖像傳感器的截面圖。
圖2是示出根據(jù)實施例的背面照明圖像傳感器的截面視圖。 圖3至圖9是示出根據(jù)實施例的制造背面照明圖像傳感器的方法的工藝截面圖。
具體實施例方式
以下，將參考附圖來說明背面照明圖像傳感器以及制造背面照明圖像傳感器的方 法的實施例。 在實施例的說明中，將會理解，當(dāng)層(或膜)被稱為在另一層或襯底"上"時，該層 可以直接在另一層或襯底上，或者也可能出現(xiàn)介于中間的層。此外，將會理解，當(dāng)層被稱為 在另一層"下"時，該層可以直接在另一層下，或者也可能出現(xiàn)一個或多個介于中間的層。此 外，將會理解，當(dāng)層被稱作在兩層之間，該層可以是介于兩層之間僅有的層，或者也可能出 現(xiàn)一個或多個介于中間的層。
圖2是示出根據(jù)實施例的背面照明圖像傳感器的截面視圖。 根據(jù)實施例的背面照明圖像傳感器包括位于第一襯底正面上的器件隔離區(qū)110 和像素區(qū)；位于像素區(qū)中的光傳感器120和讀出電路130 ;位于第一襯底100的正面上的層 間電介質(zhì)層160和金屬線140 ;鍵合到其上形成有金屬線140的第一襯底100的正面的第 二襯底200 ;位于第一襯底100背面的器件隔離區(qū)110上的像素隔離電介質(zhì)層112 ;位于第 一襯底背面的光傳感器120上的微透鏡180。 在另外的實施例中，像素隔離離子注入層114可以圍繞像素隔離電介質(zhì)層112和 器件隔離區(qū)110的側(cè)面形成。 根據(jù)實施例的背面照明圖像傳感器和制造背面照明圖像傳感器的方法，可以穩(wěn)定 且高效地使用離子注入技術(shù)去除襯底的背面。也就是說，根據(jù)實施例，通過使用離子注入 和劈開(cleaving)而無需研磨和回蝕，這帶來不會產(chǎn)生相關(guān)技術(shù)的問題(諸如邊緣管芯 (die)失效和等離子體損壞)的好處。 此外，根據(jù)實施例，像素隔離電介質(zhì)層在襯底背面的器件隔離區(qū)上，像素隔離離子 注入層在像素隔離電介質(zhì)層和/或器件隔離區(qū)的側(cè)面上以更好地抑制像素間的串?dāng)_，從而 可以改善圖像特性。 換句話說，根據(jù)實施例，像素隔離電介質(zhì)層通過硅蝕刻形成于襯底的背面上，以在 毗鄰的像素的光傳感器之間進(jìn)行物理隔離，然后圍繞像素隔離電介質(zhì)層和/或器件隔離區(qū) 的側(cè)面形成P型像素隔離離子注入層，從而可以有效地抑制串?dāng)_。 而且，根據(jù)實施例，由于形成像素隔離電介質(zhì)層而引起的硅蝕刻損壞導(dǎo)致發(fā)生的
缺陷，可以使用像素隔離離子注入層的P型摻雜物來隔離，從而可以抑制串?dāng)_。 此外，實施例利用如下事實用于形成像素隔離電介質(zhì)層的硬掩模是自對準(zhǔn)的，當(dāng)
用于形成像素隔離離子注入層的離子注入工藝被應(yīng)用時可以使用硬掩模，從而可以應(yīng)用像 素隔離離子注入層而無需另外的掩模工藝。 以下，參考圖3至圖9說明根據(jù)本發(fā)明實施例的制造背面照明圖像傳感器的方法。
圖3A至圖3C示出根據(jù)某些實施例的形成離子注入層105的實例。
首先，如圖3A所示，離子注入層105可以形成于第一襯底100的正面上。第一襯 底100可以是磊晶圓(印i wafer)，但不限于磊晶圓。第一襯底IOO可以被離子注入層105 劃分成第一襯底下部100a和第一襯底上部lOOb。 在根據(jù)實施例的制造背面照明圖像傳感器的方法中，磊晶圓可以用作施主晶圓 (第一襯底100)。根據(jù)實施例，與使用SOI晶圓相比，使用磊晶圓可以顯著減少制造成本。
此外，根據(jù)實施例，磊晶圓可以用作施主晶圓，并且光傳感器和電路器件可以一起形成在磊晶圓上。因此，通過不執(zhí)行在電路上形成光電二極管的3D圖像傳感器的鍵合工 藝，便利了制造工藝并消除了與鍵合和接觸相關(guān)的問題。 離子注入層105可以通過對第一襯底100的正面執(zhí)行離子注入來提供。優(yōu)選地通 過正面執(zhí)行離子注入，這是因為第一襯底100的背面為幾百ym。 也就是說，由于第一襯底100的厚度相對于離子注入深度來說很大，因而難以通 過第一襯底100的背面執(zhí)行離子注入。因此，根據(jù)實施例，在形成金屬線140或與第二襯底 200鍵合的工藝之前在第一襯底100中形成離子注入層105，使得可以易于在鍵合之后去除 第一襯底的下部100a。 形成離子注入層105的工藝可以通過注入離子(諸如氫(H)或氦(He))來執(zhí)行， 但不限于此。 在如圖3B所示的另一實施例中，可以在第一襯底的正面上形成器件隔離區(qū)之后 形成離子注入層105。例如，通過在第一襯底100的正面上形成器件隔離區(qū)IIO來限定像素 區(qū)。然后，可以形成離子注入層105。例如，可以通過淺溝槽隔離(STI)來形成器件隔離區(qū) 110。 根據(jù)實施例，通過使用預(yù)先形成的離子注入層105容易且穩(wěn)定地去除襯底的背面 而不是通過研磨去除襯底的背面，可以顯著增加背面照明圖像傳感器的制造成品率。
此外，根據(jù)實施例，在使用磊晶圓工藝期間，執(zhí)行氫或氦的離子注入工藝以形成離 子注入層105，該離子注入層是一個劈開層(cleaving layer)。然后，在用于第一襯底100 的工藝完成后，作為施主晶圓的第一襯底100被鍵合至作為處理晶圓的第二襯底200。鍵合 之后，執(zhí)行劈開工藝以去除第一襯底的下部100a。由于在鍵合之后作為去除了下部的施主 晶圓的第一襯底100變薄，因而第二襯底200被用作處理晶圓以順利進(jìn)行后續(xù)工藝，諸如濾 色器工藝。 根據(jù)實施例，通過使用離子注入和劈開而無需研磨和回蝕，這帶來不會產(chǎn)生相關(guān) 技術(shù)的問題(諸如邊緣管芯失效和等離子體損壞)的好處。 此外，根據(jù)實施例，由于研磨不應(yīng)用于施主晶圓，因而物理應(yīng)力未施加到施主晶 圓，使得可以抑制對光傳感器和讀出電路的損壞。 在另一實施例中，如圖3C所示，可以在像素區(qū)中形成光傳感器之后形成離子注入 層105。光傳感器120可以是光電二極管，但不限于此。光傳感器120可以通過在P型第一 襯底100上形成N型離子注入?yún)^(qū)120以及在第一襯底的N型離子注入?yún)^(qū)120上形成Po區(qū) (未示出)來獲得，但是不限于此。額外的電子可以被Po區(qū)抑制。此外，根據(jù)實施例，可以 通過形成PNP結(jié)來達(dá)到電荷突釋效果(charge dumping effect)。 接下來，如圖4所示，在形成有光傳感器120的第一襯底IOO上形成讀出電路130， 讀出電路是電路器件。讀出電路130可以包括轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、驅(qū)動晶體管以及選 擇晶體管，但不限于此。 根據(jù)實施例，磊晶圓可以用作第一襯底IOO，磊晶圓是施主晶圓，并且光傳感器 120和讀出電路130可以在第一襯底100上彼此一起形成。因而，無需在電路上形成光傳感 器的3D圖像傳感器的鍵合工藝，這使得制造便利，并且消除了與鍵合和接觸相關(guān)的問題。 同時，處理晶圓和施主晶圓利用介于其間的電介質(zhì)層(諸如層間電介質(zhì)層)鍵合，使得鍵合 時出現(xiàn)的問題更少。
此外，根據(jù)實施例，可以通過最小化照明部分的堆疊來最大化入射光量，并且去除
由于金屬布線帶來的光干涉和光反射，使得可以最優(yōu)化圖像傳感器的亮度特性。 再次參考圖4，層間電介質(zhì)層160和金屬線140形成在第一襯底100上。金屬線
140可以包括第一金屬Ml和第二金屬M2。 還有，焊盤金屬線150可以位于邏輯區(qū)上。焊盤金屬線150可以包括第一金屬M1、 第二金屬M2以及第三金屬M3等，但是不限于此。在這種構(gòu)造中，焊盤可以與金屬線140的 第一金屬Ml形成在同一水平面。因而，在第一襯底100與第二襯底200鍵合之后很容易將 焊盤開口 (pad-open)工藝應(yīng)用于第一襯底100的背面。這是因為從第一襯底100的背面 到焊盤的深度較淺。 接下來，如圖5所示，第二襯底200可以與其上形成有金屬線140的第一襯底100 的正面鍵合。例如，作為處理晶圓的第二襯底200可以被鍵合為對應(yīng)于第一襯底100的金 屬線140。 根據(jù)實施例，可以通過在與第一襯底100鍵合的第二襯底200的上表面上形成電 介質(zhì)層來增加與第一襯底的鍵合力。電介質(zhì)層210可以是氧化物層或氮化物層，但不限于 此。執(zhí)行與電介質(zhì)層210的鍵合，該電介質(zhì)層與作為第一襯底100的正面的層間電介質(zhì)層 160相接觸，使得可以顯著增大第一襯底100和第二襯底200之間的鍵合力。
接下來，在如圖5所示鍵合的第一襯底100中，由離子注入層105所限定的第一 襯底的下部100a被去除，如圖6所示。例如，可以將熱處理應(yīng)用于離子注入層105并用刀 片切掉和去除第一襯底的下部100a，通過使氫離子冒泡(bubble)，而留下第一襯底的上部 lOOb。此后，可以將平面化應(yīng)用于第一襯底100的切削表面。 同時，在涉及使用相關(guān)技術(shù)的劈開技術(shù)的3D圖像傳感器的專利中，一般而言，光 傳感器和讀出電路形成在單獨的晶圓上，然后執(zhí)行鍵合和互連。根據(jù)相關(guān)技術(shù)，用于形成劈 開層的氫或氦離子注入常常剛好在鍵合之前執(zhí)行。 然而，根據(jù)3D圖像傳感器的相關(guān)技術(shù)，難以完全將讀出電路和光電二極管電連 接，并且有在與光電二極管電連接的金屬線上產(chǎn)生短路的問題。 相比之下，根據(jù)實施例，磊晶圓可以用作第一襯底IOO，它是施主晶圓，并且光傳感 器120和讀出電路130可以一起形成在第一襯底100上。因此，無需襯底與光傳感器之間 以及襯底與電路之間的鍵合工藝(如在電路上形成光傳感器的3D圖像傳感器中那樣)。因 此，易于制造并且消除了與鍵合及接觸相關(guān)的問題。 同時，根據(jù)相關(guān)技術(shù)的3D圖像傳感器，氫或氦離子可以恰好在鍵合工藝之前被注 入。也就是說，由光傳感器產(chǎn)生的電子被傳送到形成在獨立晶圓上的電子電路器件并被轉(zhuǎn) 換成電壓，并且在施主晶圓上只形成光電二極管。因此，無需在相關(guān)技術(shù)的施主晶圓上形成 金屬層和層間電介質(zhì)層，使得可以剛好在相關(guān)技術(shù)的3D圖像傳感器中進(jìn)行鍵合之前執(zhí)行 氫或氦離子注入。 然而，本發(fā)明的實施例的光傳感器120和讀出電路130位于同一晶圓(S卩，第一襯 底100)上。因此，根據(jù)實施例，由于光傳感器120和讀出電路130位于同一第一襯底100 上，因而執(zhí)行諸如形成金屬線140和層間電介質(zhì)層160的后期工藝。 因此，根據(jù)實施例的工藝方案，不剛好在鍵合之前執(zhí)行利用氫或氦的離子注入。確 切地說，通過在第一襯底100的磊晶圓上形成金屬線140和層間電介質(zhì)層160之前執(zhí)行氫或氦的離子注入來形成離子注入層105。 接下來，參考圖7，在第一襯底背面的器件隔離區(qū)110上形成像素隔離電介質(zhì)層 112。例如，在器件隔離區(qū)的上部上的第一襯底的背面上形成溝槽(未示出)?？梢酝ㄟ^使 用硬掩模310作為蝕刻掩模來蝕刻晶圓背面而形成溝槽。硬掩模310可以由氧化物層和氮 化物層形成。像素隔離電介質(zhì)層112可以通過埋置溝槽而形成。 根據(jù)實施例，像素隔離電介質(zhì)層通過硅蝕刻而位于第一襯底的背面上以在光傳感 器之間進(jìn)行物理隔離，由此可以抑制串?dāng)_。 參考圖8，可以執(zhí)行形成像素隔離離子注入層114的步驟。像素隔離離子注入層 114可以圍繞像素隔離電介質(zhì)層在第一襯底100的背面上形成。此時，像素隔離離子注入層 114還可以圍繞在器件隔離區(qū)110上形成。例如，像素隔離離子注入層114可以為高濃度P 型離子注入?yún)^(qū)(P+)。 例如，為了形成像素隔離離子注入層114，利用用于像素隔離電介質(zhì)層112的用作 自對準(zhǔn)掩模的硬掩模310保持的狀態(tài)，由P型摻雜物(例如，B，BF等)執(zhí)行離子注入，使得 可以形成高濃度P型離子注入?yún)^(qū)(P+)。在一個實施例中，像素隔離離子注入層114可以通 過在將硬掩模310用作注入掩模的同時將P型摻雜物注入到第一襯底100的背面中來形 成。注入工藝可以以多種角度對襯底執(zhí)行。盡管像素隔離離子注入層114被描述成在像素 隔離電介質(zhì)層112形成之后形成，但是實施例不限于此。例如，可以在將像素隔離電介質(zhì)埋 置到在第一襯底的背面的溝槽中之前注入P型摻雜物或可以通過在蝕刻襯底以形成溝槽 之前使用硬掩模310將P型摻雜物注入到襯底背面中來注入P型摻雜物。
根據(jù)實施例，像素隔離電介質(zhì)層通過硅蝕刻形成在襯底的背面以在光傳感器之間 進(jìn)行物理隔離，然后P型像素隔離離子注入層圍繞像素隔離電介質(zhì)層和/或器件隔離區(qū)的 側(cè)面形成，從而可以抑制串?dāng)_。 而且，根據(jù)實施例，形成像素隔離電介質(zhì)層所引起的硅蝕刻損壞可能導(dǎo)致發(fā)生的 缺陷，在后續(xù)的工藝期間使用像素隔離離子注入層的P型摻雜物來隔離，從而可以完全解 決串?dāng)_問題。 此外，實施例利用如下事實當(dāng)應(yīng)用用于形成像素隔離離子注入層的離子注入工 藝時，用于形成像素隔離電介質(zhì)層的硬掩模是自對準(zhǔn)的，從而可以應(yīng)用像素隔離離子注入 層而無需額外的掩模工藝。 接下來，如圖9所示，濾色器170可以在第一襯底100的背面上的光傳感器120上 形成。對于諸如光傳感器120是R-G-B垂直堆疊型光電二極管的實施例而言，濾色器可以 省略。 然后，可以在濾色器170上形成微透鏡180。 此外，可以執(zhí)行對焊盤開口的工藝。焊盤可以在形成微透鏡之后被開口。根據(jù)實 施例，可以將對焊盤開口的工藝應(yīng)用于第一襯底100的背面。根據(jù)實施例，由于焊盤在第一 金屬Ml的水平面上形成，因而可以容易地將焊盤從第一襯底100的背面開口。
根據(jù)實施例的制造背面照明圖像傳感器的方法，可以利用離子注入技術(shù)穩(wěn)定且高 效地去除襯底的背面。也就是說，根據(jù)實施例，通過使用離子注入和劈開而無需研磨和回 蝕，這帶來不會產(chǎn)生相關(guān)技術(shù)的問題(諸如邊緣管芯失效和等離子體損壞)的好處。
此外，根據(jù)實施例，像素隔離電介質(zhì)層通過硅蝕刻形成在襯底的背面上以在光傳感器之間進(jìn)行物理隔離，然后P型像素隔離離子注入層圍繞像素隔離電介質(zhì)層和/或器件 隔離區(qū)的側(cè)面形成，從而可以進(jìn)一步抑制串?dāng)_。 而且，根據(jù)實施例，形成像素隔離電介質(zhì)層所引起的硅蝕刻損壞可能導(dǎo)致發(fā)生的
缺陷，使用像素隔離離子注入層的P型摻雜物來隔離，從而可以進(jìn)一步抑制串?dāng)_。
此外，實施例利用如下事實當(dāng)應(yīng)用用于形成像素隔離離子注入層的離子注入工
藝時，用于形成像素隔離電介質(zhì)層的硬掩模是自對準(zhǔn)的，從而可以應(yīng)用像素隔離離子注入
層而無需額外的掩模工藝。 此外，根據(jù)實施例，像素隔離離子注入層形成于像素隔離電介質(zhì)層上，像素隔離電 介質(zhì)層起到襯底背面的器件隔離區(qū)的作用，這有效抑制了像素間的串?dāng)_，從而可以改善圖 像特性。 此外，根據(jù)實施例，由于不將研磨應(yīng)用于施主晶圓，因而可以抑制光傳感器和電路 器件的損壞。 此外，根據(jù)實施例，光傳感器和電路器件可以在用作施主晶圓的磊晶圓上一起形 成。因此，根據(jù)實施例，與使用SOI晶圓相比，可以通過使用磊晶圓來顯著減少制造成本。
此外，根據(jù)實施例，磊晶圓可用作施主晶圓，光傳感器和電路器件可以在磊晶圓上 一起形成。因此，無需在電路上形成光電二極管的3D圖像傳感器的鍵合工藝，這使得制造 容易并且消除了與鍵合和接觸相關(guān)的問題。同時，處理晶圓和施主晶圓利用介于其間的電 介質(zhì)層(諸如層間電介質(zhì)層)鍵合，這使得鍵合時的問題更少。 此外，根據(jù)實施例，可以通過最小化照明部分的堆疊來最大化入射光量，并且去除
由于金屬布線帶來的光干涉和光反射，從而可以最優(yōu)化圖像傳感器的亮度特性。 本說明書中稱"一個實施例""實施例""示例性實施例"等，都是指結(jié)合該實施例
所說明的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括于本發(fā)明的至少一個實施例中。在說明書的各個地
方這種短語的出現(xiàn)不一定都涉及同一實施例。此外，當(dāng)結(jié)合任何實施例來說明特定特征、結(jié)
構(gòu)或特性時，認(rèn)為在本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解能力范圍內(nèi)這種特征、結(jié)構(gòu)或特性結(jié)合這些實
施例中的其他實施例仍有效。 盡管參考其若干示例性實施例對實施方式進(jìn)行了說明，但是應(yīng)該理解本技術(shù)領(lǐng)域 技術(shù)人員可以設(shè)計出許多其他修改和實施例，它們都將落入本公開的原理的精神和范圍之 內(nèi)。更具體地，在本公開、附圖以及所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)，可以對該主題的組合排列的 組成部分和/或排列做各種變形和修改。除了對組成部分和/或排列做變形和修改之外， 對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說替換方式也是顯而易見的。
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權(quán)利要求
一種背面照明圖像傳感器，包括器件隔離區(qū)和像素區(qū)，位于第一襯底的正面上；光傳感器和讀出電路，位于所述像素區(qū)上；層間電介質(zhì)層和金屬線，位于所述第一襯底的所述正面上；第二襯底，鍵合至形成有所述金屬線的所述第一襯底的所述正面；像素隔離電介質(zhì)層，位于所述第一襯底的背面的所述器件隔離區(qū)上；以及微透鏡，位于所述第一襯底的所述背面的所述光傳感器上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的背面照明圖像傳感器，還包括圍繞所述像素隔離電介質(zhì)層的 側(cè)面的像素隔離離子注入層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的背面照明圖像傳感器，其中所述像素隔離離子注入層還圍繞 所述器件隔離區(qū)的側(cè)面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的背面照明圖像傳感器，其中所述像素隔離離子注入層是P型 離子注入?yún)^(qū)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的背面照明圖像傳感器，還包括所述第一襯底的所述正面上的 焊盤，所述焊盤對所述第一襯底的所述背面開口 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的背面照明圖像傳感器，還包括所述第二襯底和所述第一襯底 之間的接觸所述第二襯底的電介質(zhì)層。
7. —種制造背面照明圖像傳感器的方法，包括 通過在第一襯底的整個正面上注入離子來形成離子注入層； 通過在所述第一襯底的所述正面上形成器件隔離區(qū)來限定像素區(qū)； 在所述像素區(qū)上形成光傳感器和讀出電路； 在所述第一襯底的所述正面上形成層間電介質(zhì)層和金屬線； 將第二襯底與形成有所述金屬線的所述第一襯底的所述正面鍵合； 基于所述離子注入層去除所述第一襯底的下部；在所述第一襯底的背面的所述器件隔離區(qū)上形成像素隔離電介質(zhì)層；以及 在所述第一襯底的所述背面的光傳感器上形成微透鏡。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造背面照明圖像傳感器的方法，還包括圍繞所述像素隔離 電介質(zhì)層的側(cè)面形成像素隔離離子注入層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造背面照明圖像傳感器的方法，其中所述像素隔離離子注 入層的形成還圍繞所述器件隔離區(qū)的側(cè)面形成所述像素隔離離子注入層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造背面照明圖像傳感器的方法，其中所述像素隔離離子 注入層的形成包括將像素隔離離子注入到所述第一襯底的所述背面的表面中。
全文摘要
本發(fā)明涉及背面照明圖像傳感器及其制造方法。其中，根據(jù)實施例的背面照明圖像傳感器包括位于第一襯底的正面上的器件隔離區(qū)和像素區(qū)；位于像素區(qū)上的光傳感器和讀出電路；位于第一襯底的正面上的層間電介質(zhì)層和金屬線；鍵合到其上形成有金屬線的第一襯底的正面的第二襯底；位于第一襯底的背面的器件隔離區(qū)上的像素隔離電介質(zhì)層；以及位于第一襯底的背面的光傳感器上的微透鏡。
文檔編號H01L27/146GK101771058SQ20091026115
公開日2010年7月7日 申請日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日
發(fā)明者金文煥 申請人:東部高科股份有限公司