專利名稱：圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及一種圖像傳感器以及一種圖像傳感器的制造方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器可以包括能夠?qū)⒐鈱W圖像轉(zhuǎn)換成電信號的半導體器件。圖像傳感器可以被分成電荷耦合裝置(CCD)和/或互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器(CIS)。CMOS圖像傳感器可以具有以下結(jié)構(gòu)，其中包括光電二極管區(qū)(能夠?qū)⒐庑盘栟D(zhuǎn)換成電信號)和晶體管區(qū)(能夠處理電信號)，該光電二極管區(qū)和該晶體管區(qū)可以是水平布置的。水平類型的圖像傳感器可以包括水平地設(shè)置在半導體襯底上和/或之上的光電二極管區(qū)和/或晶體管區(qū)，然而由于相對有限的面積，會造成在擴展光學感測部件時產(chǎn)生與填充系數(shù)有關(guān)的缺陷。 為了解決缺陷問題，試圖使用非晶硅(Si)形成光電二極管，和/或在硅(Si)襯底上和/或之上形成電路和/或使用晶片對晶片(wafer-toiafer)接合方法在讀出電路上和/或之上形成光電二極管，這可稱作三維(3D)圖像傳感器。通過金屬互連件可以將光電二極管連接到電路。然而，由于在晶片對晶片接合中晶片之間的接合面會是相對不均勻的，因此會降低接合強度。當重復地執(zhí)行半導體工藝時，晶片(包括電路和/或互連件)的表面上和/或之上的位置會產(chǎn)生較輕微的高度差。當包括電路和/或互連件的晶片被接合至包括光電二極管的晶片時，會使相互的接合強度最小化。最終會發(fā)生脫落現(xiàn)象。
因此，需要這樣一種圖像傳感器和一種圖像傳感器的制造方法，其可以包括垂直型圖像傳感裝置和/或在圖像傳感裝置和層間電介質(zhì)之間的接合面上和/或之上形成金屬層，以例如使接合強度最大化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例涉及一種圖像傳感器及其制造方法。根據(jù)實施例，一種圖像傳感器及其制造方法可以包括垂直型圖像傳感裝置，和/或在圖像傳感裝置和層間電介質(zhì)之間的接合面上和/或之上形成金屬層。在實施例中，接合強度能夠被最大化。
根據(jù)實施例，一種圖像傳感器可以包括半導體襯底，其具有用于每個像素單元的讀出電路。在實施例中，一種圖像傳感器可以包括層間電介質(zhì)，其位于半導體襯底上和/或之上。在實施例中，一種圖像傳感器可以包括互連件，其穿過層間電介質(zhì)和/或連接至讀出電路。在實施例中，一種圖像傳感器可以包括第一金屬圖案，該第一金屬圖案位于層間電介質(zhì)上和/或之上，和/或該第一金屬圖案連接至互連件。在實施例中， 一種圖像傳感器可以包括第二金屬圖案，其位于第一金屬圖案上和/或之上。在實施例中， 一種圖像傳感器可以包括光電二極管圖案，其位于第二金屬圖案上和/或之上。 根據(jù)實施例， 一種圖像傳感器的制造方法可以包括在半導體襯底上和/或之上形成用于每個像素單元的讀出電路。在實施例中，一種圖像傳感器的制造方法可以包括在半導體襯底上和/或之上形成層間電介質(zhì)。在實施例中，一種圖像傳感器的制造方法可以包
3括形成穿過層間電介質(zhì)和/或連接至讀出電路的互連件。在實施例中，一種圖像傳感器的制造方法可以包括在層間電介質(zhì)上和/或之上形成第一金屬圖案。 根據(jù)實施例，一種圖像傳感器的制造方法可以包括通過在載體晶片(carrierwafer)上和/或之上執(zhí)行離子注入工藝以形成一種圖像傳感裝置。在實施例中，一種圖像傳感器的制造方法可以包括在圖像傳感裝置的表面上和/或之上形成第二金屬圖案。在實施例中，一種圖像傳感器的制造方法可以包括在第一和/或第二金屬層上和/或之上執(zhí)行接合工藝，以將圖像傳感裝置接合至半導體襯底。在實施例中，一種圖像傳感器的制造方法可以包括從圖像傳感裝置分離載體晶片以暴露圖像傳感裝置的表面。在實施例中，一種圖像傳感器的制造方法可以包括形成穿過圖像傳感裝置、第二金屬層和/或第一金屬層的像素隔離層，以將圖像傳感裝置分隔成多個像素。


實例圖1至圖9是顯示根據(jù)實施例的圖像傳感器的制造方法的橫截面視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施例涉及一種圖像傳感器和一種圖像傳感器的制造方法。所述實施例并不局限于CMOS圖像傳感器。例如，這些實施例能夠被應(yīng)用到所有使用光電二極管的圖像傳感器(例如，CCD圖像傳感器)中。 實施例涉及一種圖像傳感器。參見實例圖9，其是顯示根據(jù)實施例的一種圖像傳感
器的橫截面視圖。根據(jù)實施例，半導體襯底ioo可以包括所形成的用于每個像素單元的讀
出電路120。在實施例中，層間電介質(zhì)160可以形成在半導體襯底100上和/或之上。在實施例中，互連件150可以穿過層間電介質(zhì)160和/或可以被連接至讀出電路120。
根據(jù)實施例，第一金屬圖案175可以形成在層間電介質(zhì)160上和/或之上。在實施例中，第一金屬圖案175可以被連接至互連件150。根據(jù)實施例，第二金屬圖案245可以形成在第一金屬圖案175上和/或之上。根據(jù)實施例，光電二極管圖案205可以形成在第二金屬圖案245上和/或之上。 根據(jù)實施例，第一金屬圖案175和/或第二金屬圖案245可以包括Ti、Ta、Co、Al、Sn、Cu、Pb和/或Ag。在實施例中，第一金屬圖案175和/或第二金屬圖案245可以包括多種物質(zhì)的組合，這些物質(zhì)包括上述物質(zhì)中的至少兩種。在實施例中，第一金屬圖案175和/或第二金屬圖案245可以被用作例如在層間電介質(zhì)160和光電二極管圖案205之間的接合層。在實施例中，能夠使層間電介質(zhì)160和光電二極管圖案205之間的物理和/或電學接合強度最大化。在實施例中，根據(jù)光電二極管圖案205能夠?qū)⒌谝唤饘賵D案175和/或第二金屬圖案245分隔成像素單元。在實施例中，能夠使光電荷的傳輸效率最大化。
根據(jù)實施例，光電二極管圖案205可以具有結(jié)結(jié)構(gòu)(junction structure)，該結(jié)結(jié)構(gòu)包括第一摻雜層210 (例如摻雜N型雜質(zhì))和第二摻雜層220 (例如摻雜P型雜質(zhì))。在實施例中，像素隔離層260可以形成在第一金屬圖案175和/或光電二極管圖案205的側(cè)壁處。在實施例中，光電二極管圖案205可以被分隔成多個像素單元。在實施例中，光電二極管圖案205、第一金屬圖案175和/或第二金屬圖案245可以被分隔成多個像素單元。
實施例涉及一種圖像傳感器的制造方法。參見實例圖1至圖9，它們是顯示根據(jù)實
4施例的圖像傳感器的制造方法的橫截面視圖。參見圖l，可以在半導體襯底100上和/或之上形成互連件150和/或?qū)娱g電介質(zhì)160，該半導體襯底IOO可以包括讀出電路120。根據(jù)實施例，半導體襯底100可以包括單晶和/或多晶硅襯底，和/或可以是摻雜P型雜質(zhì)和/或N型雜質(zhì)的襯底。 根據(jù)實施例，可以在半導體襯底100上和/或之上形成器件隔離層110，該器件隔離層110能夠確定一有源區(qū)，在該有源區(qū)中，能夠形成包括晶體管的讀出電路120。在實施例中，讀出電路120可以包括轉(zhuǎn)移晶體管(Tx)121，復位晶體管(Rx)123，驅(qū)動晶體管(Dx)125，和/或選擇晶體管(Sx)127。根據(jù)實施例，離子注入?yún)^(qū)130可以包括用于每個晶體管的浮置擴散區(qū)(FD)131和源極/漏極區(qū)133、135和/或137。在實施例中，讀出電路120可以被應(yīng)用到3晶體管(3Tr)和/或5晶體管(5Tr)結(jié)構(gòu)中。 根據(jù)實施例，在半導體襯底100上和/或之上形成讀出電路120可以包括在第一襯底100上和/或之上形成電學結(jié)區(qū)140和/或在電結(jié)區(qū)140上和/或之上形成連接至互連件150的聚合接觸件(poly contact) 147。在實施例中，電結(jié)區(qū)140可以是一 PN結(jié)140，但是實施例不以此為限。在實施例中，電結(jié)區(qū)140可以包括形成在第二導電類型阱141和/或第二導電類型外延層上和/或之上的第一導電類型離子注入層143。在實施例中，電結(jié)區(qū)140可以包括形成在第一導電類型離子注入層143上和/或之上的第二導電類型離子注入層145。在實施例中，PN結(jié)140可以是一P0(145)/N-(143)/P-(141)結(jié)，但是實施例不以此為限。在實施例中，半導體襯底IOO可以包括第二導電類型，但是實施例不以此為限。
根據(jù)實施例，可以將裝置設(shè)計成在轉(zhuǎn)移晶體管(Tx)的源極和漏極之間提供有電勢差。在實施例中，基本上能夠使光電荷發(fā)生全部傾瀉。在實施例中，光電二極管中能夠產(chǎn)生可以被傾瀉至浮置擴散區(qū)的光電荷，使得輸出圖像的靈敏度能夠被最大化。在實施例中，在包括讀出電路120的第一襯底100上和/或之上的電結(jié)區(qū)140能夠在轉(zhuǎn)移晶體管(Tx) 121的源極和漏極之間提供電勢差。在實施例中，正如圖2所示，基本上能夠使光電荷發(fā)生全部傾瀉。在實施例中，與光電二極管被連接至N+結(jié)不同，實施例能夠?qū)嵸|(zhì)上避免飽和度降低和/或靈敏度退化。 根據(jù)實施例，第一導電類型連接件147可以形成在光電二極管和讀出電路120之間。在實施例中，可以為光電荷創(chuàng)建相對平滑的傳輸路徑。在實施例中，能夠使暗電流源最小化，和/或可以使飽和度的降低和/或靈敏度的退化最小化。在實施例中，可以形成N+摻雜區(qū)作為第一導電類型連接件147，以用于PO/N-/P-結(jié)140的表面上和/或之上的歐姆接觸。在實施例中，可以形成N+區(qū)147以通過PO 145接觸N-143。 根據(jù)實施例，可以使第一導電類型連接件147的寬度最小化，這樣能夠防止第一導電類型連接件147成為泄漏源。在實施例中，在刻蝕第一金屬觸點151a之后，可以執(zhí)行插塞插入，但是實施例不以此為限。在實施例中，可以形成離子注入圖案，和/或使用離子注入圖案作為離子注入掩模形成第一導電類型連接件147。在實施例中，可以在形成接觸的區(qū)域上和/或之上執(zhí)行局部性地N+摻雜，例如以使暗信號最小化和/或有助于形成歐姆接觸。在實施例中，Tx源區(qū)可以是N+摻雜的。 參見圖3，其是示出了讀出電路的結(jié)構(gòu)。根據(jù)實施例，可以在電結(jié)區(qū)140的一側(cè)形成第一導電類型連接件148。根據(jù)實施例，可以在？0/^-/ -結(jié)140處形成^連接件148以用于歐姆接觸。Si表面的懸掛鍵會增加暗信號。因為在操作時，對？0/^-/ -結(jié)140施加
5反向偏壓，所以在Si表面上會產(chǎn)生電場(EF)，使得在形成N+連接件148和/或MIC接觸件151a的過程中會產(chǎn)生泄漏源。在電場內(nèi)的接觸件形成過程中所產(chǎn)生的晶體缺陷會成為泄漏源。此夕卜，當在P0/N-/P-結(jié)140的表面上和/或之上形成N+連接件148時，由于N+/P0結(jié)148/145，所以會產(chǎn)生電場。該電場也會成為泄漏源。 根據(jù)實施例，一種布局(layout)可以包括在基本上未用P0層摻雜的有源區(qū)上和/或之上形成的第一接觸塞151a，其可以包括N+連接件148和/或可以被連接至N-結(jié)143。在實施例中，在半導體襯底100的表面上和/或之上可以不產(chǎn)生電場。在實施例中，可以使例如3D集成CIS的暗電流最小化。 再參見圖1 ，可以在半導體襯底100上和/或之上形成層間電介質(zhì)160和/或互連件150。在實施例中，互連件150可以包括第二金屬接觸件151a、第一金屬(Ml)151、第二金屬(M2)152、第三金屬(M3)153和/或第四金屬接觸件154a，但是實施例不以此為限。在實施例中，可以形成用于每個像素單元的互連件150，和/或該互連件150可以被電連接至讀出電路120。在實施例中，可以形成第四金屬接觸件154a，其可以是互連件150的最后一個互連件。在實施例中，可以對層間電介質(zhì)160和/或互連件150進行平坦化。由于第四金屬接觸件154a和/或?qū)娱g電介質(zhì)160的選擇性，可能會發(fā)生碟陷現(xiàn)象(dishingphenomenon)。
參照圖4，可以在層間電介質(zhì)160上和/或之上形成第一金屬層170。根據(jù)實施例，例如，當光電二極管被接合至層間電介質(zhì)160時，第一金屬層170可以用作結(jié)層。為了描述目的，省略了半導體襯底100和/或讀出電路120。根據(jù)實施例，第一金屬層170可以包括Ti、Ta、Co、Al、Sn、Cu、Pb和/或Ag。在實施例中，第一金屬層170可以包括多種物質(zhì)的組合，這些物質(zhì)包括上述物質(zhì)中的至少兩種。在實施例中，第一金屬層170的厚度大致在0. liim禾口 2. Oiim之間。 根據(jù)實施例，可以在包括互連件150的層間電介質(zhì)160上和/或之上形成第一金屬層170。在實施例中，第一金屬層170可以被電連接至第四金屬接觸件154a。在實施例中，所形成的第一金屬層170可以填充第四金屬接觸件154a的上部。在實施例中，即使當?shù)莠F(xiàn)象發(fā)生在第四金屬接觸件154a上和/或之上，也能夠恢復由碟陷現(xiàn)象造成的損失。
參見圖5，可以在載體襯底20上和/或之上形成光電二極管200。在實施例中，載體襯底20包括單晶和/或多晶硅襯底，和/或可以是摻雜P型雜質(zhì)和/或N型雜質(zhì)的襯底。根據(jù)實施例，光電二極管200可以有一 PN結(jié)，該PN結(jié)包括第一摻雜層210和第二摻雜層220。在實施例中，可以在載體襯底20相對較深的區(qū)域上和/或之上離子注入P型雜質(zhì)，以形成光電二極管200的第二摻雜層220。在實施例中，可以在載體襯底20上和/或之上離子注入N型雜質(zhì)，以形成光電二極管200的第一摻雜層210，該第一摻雜層210會接觸第二摻雜層220。在實施例中，可以通過在載體襯底20相對較淺的區(qū)域上和/或之上離子注入高濃度的N型雜質(zhì)來形成歐姆接觸層以接觸第一摻雜層210。 根據(jù)實施例，可以形成這樣的第一摻雜層210，其占據(jù)區(qū)域(region)比第二摻雜
層220占據(jù)的區(qū)域?qū)挕Ｔ趯嵤├?，可以擴展耗盡區(qū)以使光電子的產(chǎn)生最大化。 根據(jù)實施例，可以在光電二極管200上和/或之上形成第二金屬層240。在實施例
中，第二金屬層240可以由與第一金屬層170的物質(zhì)基本上相同的物質(zhì)形成。在實施例中，
第二金屬層240可以由與形成第一金屬層170的方法相同的方法形成。在實施例中，可以
不形成第二金屬層。
根據(jù)實施例，可以通過在載體襯底20和光電二極管200之間的邊界表面上和/或之上注入氫離子來形成氫層230。根據(jù)實施例，在形成光電二極管200之前，通過在載體襯底20上和/或之上注入氫離子，氫層230可以界定光電二極管區(qū)。在實施例中，可以通過大致在2X 1016atom/cm2 (原子/平方厘米)和1 X 1017atom/cm2之間的速率在載體襯底20上和/或之上注入離子形成氫層230。 參見圖6，可以形成包括光電二極管200的載體襯底20，和/或可以將該載體襯底20接合至半導體襯底100。根據(jù)實施例，可以在半導體襯底100和載體襯底20之間完成接合，使得第一金屬層170面對第二金屬層240。在實施例中，載體襯底20可以被旋轉(zhuǎn)180度，使得第二金屬層240面向下，和/或可以執(zhí)行接合工藝。在實施例中，第一金屬層170和第二金屬層240可以包括基本上相同的物質(zhì)，這樣可以增加半導體襯底100和載體襯底20之間的接合強度。 根據(jù)實施例，可以通過熱壓接合工藝接合半導體襯底100和載體襯底20。在實施例中，可以在真空氣氛(包括大致在lkN和100kN之間的接合壓力)中執(zhí)行半導體襯底100和載體襯底20之間的接合。在實施例中，可以使用第一金屬層170和/或第二金屬層240作為粘附層使半導體襯底100和載體襯底20彼此接合。在實施例中，可以使接合面的物理和/或電學接合強度最大化。在實施例中，可以使接合缺陷和/或脫落現(xiàn)象最小化。
參見圖7，可以除去載體襯底20以暴露光電二極管200。在實施例中，可以通過熱處理和/或機械沖擊(mechanical impacts)使載體襯底20在氫層230處從圖像傳感裝置200分離。根據(jù)實施例，可以通過大致在30(TC和60(TC之間的熱處理工藝使載體襯底20在氫層230處從光電二極管200分離。在實施例中，可以通過例如使用刀片等的劈開工藝(cleaving process)使載體襯底20在氫層230處從光電二極管200分離。在實施例中，可以將載體襯底20從光電二極管200除去以在半導體襯底100上和/或之上留下光電二極管200。 參見圖8，可以形成穿過光電二極管200、第一金屬層170和/或第二金屬層240的像素隔離溝槽250，其可以將光電二極管200分隔成多個像素單元。根據(jù)實施例，像素隔離溝槽250可以暴露在互連件150之間的層間電介質(zhì)160的表面。在實施例中，硬掩?？梢园ㄑ趸锖?或可以被形成為對應(yīng)于層間電介質(zhì)160選擇性地暴露光電二極管200的表面。在實施例中，使用硬掩模作為蝕刻掩模通過干式和/或濕式蝕刻工藝選擇性地蝕刻光電二極管200、第一金屬層170和/或第二金屬層240。 根據(jù)實施例，像素隔離溝槽250可以被形成為選擇性地暴露穿過光電二極管200、第一金屬層170和/或第二金屬層240的層間電介質(zhì)160的表面。在實施例中，可以通過像素隔離溝槽250形成用于每個像素單元的光電二極管圖案205、第一金屬圖案175和/或第二金屬圖案245。在實施例中，光電二極管205、第一金屬圖案175和/或第二金屬圖案245可以被分隔成多個像素單元，和/或可以被連接至在每個像素中形成的互連件150。
根據(jù)實施例，可以通過第一金屬圖案175和/或第二金屬圖案245將光電二極管圖案205連接至互連件150。在實施例中，能夠使電子的傳輸效率最大化。在實施例中，可以形成基本上具有相同面積的光電二極管圖案205、第一金屬圖案175和/或第二金屬圖案245。在實施例中，可以有助于收集在光電二極管圖案205中產(chǎn)生的光電荷。在實施例中，能夠使電荷的傳輸效率最大化。
參見圖9，可以通過在像素隔離溝槽250上和/或之上間隙填充絕緣層以形成像素隔離層260。在實施例中，像素隔離層260可以包括氧化物和/或氮化物。在實施例中，像素隔離層260可以形成在像素隔離溝槽250上和/或之上。在實施例中，使相鄰的光電二極管圖案205在各自的像素單元中彼此隔離。在實施例中，上電極、濾色鏡和/或微透鏡可以形成在光電二極管圖案205之上。 對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是可以對所公開的實施例進行各種改進和變換。因此，可以理解的是公開的實施例覆蓋顯而易見的改進和變換，只要這些實施例就落入所附權(quán)利要求及其等同替換的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種裝置，包括半導體襯底，其包括讀出電路；層間電介質(zhì)，其位于該半導體襯底之上；互連件，其穿過所述層間電介質(zhì)并連接至所述讀出電路；第一金屬圖案，其位于所述層間電介質(zhì)之上并連接到該互連件；第二金屬圖案，其位于所述第一金屬圖案之上；以及光電二極管圖案，其位于所述第二金屬圖案之上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，包括像素隔離層，其位于所述第一金屬圖案、所述第二金屬圖案以及所述光電二極管圖案中的至少一個的側(cè)壁處以將所述光電二極管圖案分隔成多個像素。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一金屬圖案和所述第二金屬圖案中的至少一個包括Ti、 Ta、 Co、 Al、 Sn、 Cu、 Pb和Ag中的至少一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一金屬圖案和所述第二金屬圖案包括接合層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光電二極管圖案包括層疊結(jié)構(gòu)，所述層疊結(jié)構(gòu)包括第一摻雜層和第二摻雜層。
6. —種方法，包括提供包括讀出電路的半導體襯底；在所述半導體襯底之上形成層間電介質(zhì)；形成穿過所述層間電介質(zhì)并連接至所述讀出電路的互連件；在所述層間電介質(zhì)之上形成第一金屬圖案；形成圖像傳感裝置；在所述圖像傳感裝置的表面之上形成第二金屬圖案；在所述第一金屬層和所述第二金屬層之上執(zhí)行接合工藝以使所述圖像傳感裝置與所述半導體襯底接合；以及在所述圖像傳感裝置、所述第二金屬層和所述第一金屬層中的至少一個之上形成像素隔離層以將所述圖像傳感裝置分隔成多個像素。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述接合包括熱壓接合工藝，其中所述熱壓接合工藝包括大致在lkN和100kN之間的接合壓力。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一金屬層和第二金屬包括相同的導電材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一金屬層和所述第二金屬層中的至少一個包括Ti、 Ta、 Co、 Al、 Sn、 Cu、 Pb和Ag中的至少一種。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中通過物理氣相沉積、化學氣相沉積、電鍍和非電解電鍍工藝中的至少一種形成所述第一金屬層和所述第二金屬層中的至少一個。
全文摘要
一種圖像傳感器和一種圖像傳感器的制造方法。一種圖像傳感器可以包括半導體襯底，該半導體襯底可以包括讀出電路。一種圖像傳感器可以包括在半導體襯底之上的層間電介質(zhì)，和/或在層間電介質(zhì)上和/或之上的第一金屬圖案?；ミB件可以穿過層間電介質(zhì)和/或可以被連接至讀出電路。第一金屬圖案可以形成在層間電介質(zhì)之上，和/或可以被連接至互連件。第二金屬圖案可以形成在第一金屬圖案之上。光電二極管圖案可以形成在第二金屬圖案之上。
文檔編號H01L27/146GK101771062SQ200910265289
公開日2010年7月7日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者李玟炯 申請人:東部高科股份有限公司