專(zhuān)利名稱(chēng)：圖像傳感器制備方法
圖像傳感器制備方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別指涉及一種圖像傳感器制備方法。
技術(shù)背景
SOI (Silicon-On-Insulator,絕緣襯底上硅)技術(shù)是在頂層硅和背襯底之間引入了一層埋氧化層。通過(guò)在絕緣體上形成半導(dǎo)體薄膜，SOI材料具有了傳統(tǒng)的體硅材料所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)集成電路中元器件的介質(zhì)隔離，徹底消除了體硅CMOS電路中的寄生閂鎖效應(yīng)；采用這種材料制成的集成電路還具有寄生電容小、集成密度高、速度快、工藝簡(jiǎn)單、短溝道效應(yīng)小及特別適用于低壓低功耗電路等優(yōu)勢(shì)。
CMOS圖像傳感器是一種將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體器件，一般由光學(xué)感光器件和CMOS信號(hào)處理電路(包括像素讀出電路)構(gòu)成。目前常見(jiàn)的CMOS圖像傳感器是有源像素型圖像傳感器(APS)，其中又分為三管像素讀出電路(3T，包括復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管)和四管像素讀出電路GT，包括轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管)兩大類(lèi)。
現(xiàn)有的基于SOI工藝的CMOS圖像傳感器，大致有以下兩類(lèi)
第一類(lèi)是將感光二極管制作于襯底硅上的CMOS圖像傳感器，如圖5所示。圖5 中的像素讀出電路采用的是4T型，其原理與3T型基本類(lèi)似，因此下面以圖5所示4T型作介紹，包括SOI的P型摻雜襯底硅501、絕緣層(一般為二氧化硅)502、P型摻雜的頂層硅 503、襯底硅中的N型摻雜阱區(qū)507、位于所述N型摻雜阱區(qū)以上的襯底硅的表面P型摻雜區(qū)508、轉(zhuǎn)移晶體管505、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)506、位于襯底硅以上及轉(zhuǎn)移晶體管以下的二氧化硅層 509、以及位于頂層硅上的像素讀出電路504(圖5中未畫(huà)出具體電路結(jié)構(gòu)僅以一個(gè)晶體管圖示像素讀出電路)，其中，N型摻雜阱區(qū)507的全部、表面P型摻雜區(qū)508的部分和襯底硅 501的部分組成了有效感光區(qū)510。
其工作原理是，先用像素讀出電路504中的復(fù)位晶體管將浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)506內(nèi)的電子全部吸入電源，使其電位變高；曝光開(kāi)始后，光子照射到有效感光區(qū)510，并于其內(nèi)生成電子和空穴對(duì)；曝光結(jié)束后，轉(zhuǎn)移晶體管505上加高電平，將有效感光區(qū)510中的光生電子轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)506，使其電位降低，最后通過(guò)像素讀出電路504中的放大晶體管和行選擇晶體管(圖5中未畫(huà)出具體電路結(jié)構(gòu)僅以一個(gè)晶體管圖示像素讀出電路)將光生電壓信號(hào)輸出。
所述第一類(lèi)基于SOI工藝的CMOS圖像傳感器至少存在如下缺點(diǎn)由于感光區(qū)域位于襯底硅中并直接與其接觸，當(dāng)所述的圖像傳感器處于輻射環(huán)境中時(shí)，高能粒子將會(huì)打入襯底硅501中，產(chǎn)生大量的電子空穴對(duì)，其中的高能電子容易越過(guò)襯底硅501和N型摻雜阱區(qū)507所構(gòu)成的PN結(jié)勢(shì)壘而進(jìn)入N型摻雜阱區(qū)507，形成對(duì)圖像信號(hào)的干擾，降低了所得圖像的信噪比和動(dòng)態(tài)范圍。
第二類(lèi)是將感光二極管制作于頂層硅上的CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)，如圖6所示，包括SOI的襯底硅601、中間絕緣層602、P型摻雜頂層硅603、位于頂層硅內(nèi)靠近表面的N型摻雜區(qū)604、和位于頂層硅層中像素讀出電路606。其中N型摻雜區(qū)604的靠近頂層硅603 的耗盡部分和頂層硅603的靠近N型摻雜區(qū)604的耗盡部分，共同構(gòu)成有效感光區(qū)605，且所述有效感光區(qū)全部位于SOI的頂層硅層內(nèi)部。N型摻雜區(qū)604的摻雜濃度比頂層硅603 的摻雜濃度高3個(gè)數(shù)量級(jí)以上，使得大部分耗盡區(qū)位于頂層硅603內(nèi)。
圖6所示的基于SOI工藝的CMOS圖像傳感器通過(guò)位于頂層硅內(nèi)的有效感光區(qū)605 來(lái)收集光生載流子，其余的工作原理與圖1中的圖像傳感器相同。
所述第二種基于SOI工藝的CMOS圖像傳感器至少存在以下缺點(diǎn)由于其感光區(qū)位于頂層硅中，且為了使用全耗盡型SOI器件，頂層硅603的厚度一般小于200nm，大大限制了有效感光區(qū)605的深度，使得此圖像傳感器的光吸收效率下降，尤其是對(duì)于波長(zhǎng)大于600nm 的紅色，橙色和黃色光，吸收效率極低，成像質(zhì)量很不理想。發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種圖像傳感器制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中圖像傳感器的抗輻射性能差降低了所得圖像的信噪比和動(dòng)態(tài)范圍的問(wèn)題，以及有效感光區(qū)深度受限降低光吸收率的問(wèn)題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種圖像傳感器制備方法，該方法至少包括以下步驟
1)提供第一半導(dǎo)體襯底和第二半導(dǎo)體襯底，其中，第一半導(dǎo)體襯底包括第一支撐襯底、位于所述第一支撐襯底表面上的第一絕緣埋層、以及位于所述第一絕緣埋層表面上的第一頂層半導(dǎo)體層；
2)在所述第一半導(dǎo)體襯底表面或所述第二半導(dǎo)體襯底表面形成第二絕緣埋層；
3)鍵合所述第一半導(dǎo)體襯底和第二半導(dǎo)體襯底，并使所述第二絕緣埋層位于所述第一頂層半導(dǎo)體層與第二半導(dǎo)體襯底之間；
4)將所述第二半導(dǎo)體襯底減薄，形成與第一頂層半導(dǎo)體層厚度不同的第二頂層半導(dǎo)體層，其中，所述第一頂層半導(dǎo)體層和第二頂層半導(dǎo)體層中厚度較厚的為厚膜層，反之， 為薄膜層；
5)在所述第二頂層半導(dǎo)體層表面定義出第I區(qū)域和第II區(qū)域，并在所述第I區(qū)域開(kāi)窗口直至暴露出所述第一頂層半導(dǎo)體層表面；
6)在所述第I區(qū)域和第II區(qū)域完成光學(xué)傳感器件和像素讀出電路的制備，其中， 所述光學(xué)傳感器件制備在所述厚膜層中，并形成相鄰器件間的隔離，以完成圖像傳感器的制備。
可選地，所述第一頂層半導(dǎo)體層為薄膜層，厚度范圍是0. 1 μ m 0. 3 μ m，所述第二頂層半導(dǎo)體層為厚膜層，厚度范圍是0. 3 μ m 10 μ m。
可選地，所述第一頂層半導(dǎo)體層為厚膜層，厚度范圍是0. 3 μ m 10 μ m，所述第二頂層半導(dǎo)體層為薄膜層，厚度范圍是0. 1 μ m 0. 3 μ m。
可選地，所述第一頂層半導(dǎo)體層和第二頂層半導(dǎo)體層的材料分別為用于制備半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料，至少包括硅、應(yīng)變硅、鍺及硅鍺中的任意一種；所述第一支撐襯底為普通半導(dǎo)體襯底，至少包括硅襯底或藍(lán)寶石襯底。
可選地，所述步驟6)中，所述光學(xué)傳感器件至少包括感光二極管及光電門(mén)中的一種；所述像素讀出電路為三管像素讀出電路或四管像素讀出電路，其中，所述三管像素讀出電路包括復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管，所述四管像素讀出電路包括轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管。
可選地，所述像素讀出電路的復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管制備在所述薄膜層中；當(dāng)所述像素讀出電路為四管像素讀出電路時(shí)，所述像素讀出電路的轉(zhuǎn)移晶體管制備在厚膜層中。
可選地，所述第二半導(dǎo)體襯底為具有絕緣埋層的半導(dǎo)體襯底，至少包括絕緣體上硅或絕緣體上鍺；所述步驟4)中的減薄過(guò)程包括依序刻蝕或腐蝕所述第二半導(dǎo)體襯底的支撐襯底和絕緣埋層。
可選地，所述步驟4)中的減薄過(guò)程還包括刻蝕或腐蝕過(guò)程之后的平坦化過(guò)程。
可選地，所述第一頂層半導(dǎo)體層為薄膜層，所述第二頂層半導(dǎo)體層為厚膜層時(shí)，所述第二半導(dǎo)體襯底為普通半導(dǎo)體襯底，至少包括硅襯底；所述步驟4)中的減薄過(guò)程包括前序的刻蝕或腐蝕過(guò)程以及后序的平坦化過(guò)程。
可選地，所述第二半導(dǎo)體襯底為普通半導(dǎo)體襯底，至少包括硅襯底；所述步驟1) 還包括，在所述第二半導(dǎo)體襯底表面進(jìn)行H離子注入，離子注入的深度為所述步驟4)中的第二頂層半導(dǎo)體層的厚度；此時(shí)，所述步驟4)中的減薄采用高溫退火，使H離子注入介質(zhì)層處形成連續(xù)的空氣孔，進(jìn)而在所述H離子注入介質(zhì)層處對(duì)所述第二半導(dǎo)體襯底實(shí)現(xiàn)剝離， 以形成所述第二頂層半導(dǎo)體層。
如上所述，本發(fā)明的一種圖像傳感器制備方法，具有以下有益效果
1)光學(xué)傳感器件制備在作為厚膜層的頂層半導(dǎo)體層，使其能夠?qū)崿F(xiàn)較深的PN結(jié)耗盡區(qū)，從而具有較高的光吸收效率。
2)像素讀出電路制備在作為薄膜層的頂層半導(dǎo)體層，使其MOS晶體管全耗盡，電路具有高速、低功耗、抗閂鎖的優(yōu)良性能。
3)圖像傳感器的光學(xué)傳感器件和像素讀出電路分別通過(guò)第一絕緣埋層和第二絕緣埋層與第一支撐襯底和第二支撐襯底實(shí)現(xiàn)電學(xué)隔離，提高了其抗高能粒子輻射的能力。


圖Ia至圖If顯示為本發(fā)明圖像傳感器制備方法在實(shí)施例一中的示意圖。
圖加至圖2f顯示為本發(fā)明圖像傳感器制備方法在實(shí)施例二中的示意圖。
圖3a至圖!Be顯示為本發(fā)明圖像傳感器制備方法在實(shí)施例三中的示意圖。
圖如至圖4f顯示為本發(fā)明圖像傳感器制備方法在實(shí)施例四中的示意圖。
圖5顯示為現(xiàn)有技術(shù)中第一類(lèi)CMOS圖像傳感器的示意圖。
圖6顯示為現(xiàn)有技術(shù)中第二類(lèi)CMOS圖像傳感器的示意圖。
元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
11第--支撐襯底
12第--絕緣埋層
13第--頂層半導(dǎo)體層
1第--半導(dǎo)體襯底
21第二二半導(dǎo)體襯底的支撐襯底
22第二半導(dǎo)體襯底的絕緣埋層
23第二半導(dǎo)體襯底的頂層半導(dǎo)體層
2第二半導(dǎo)體襯底
3第二絕緣埋層
4第二頂層半導(dǎo)體層
5光學(xué)傳感器件
6、504、606像素讀出電路
7隔離
8,505轉(zhuǎn)移晶體管
9,506浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)
A-A、B-B、A，-A:’、B，-B，面
C-C
501、601
502、602
503、603
507
508
509
510、605
60具體實(shí)施方式
以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)施方式
加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
本發(fā)明提供一種圖像傳感器制備方法，首先，提供第一半導(dǎo)體襯底和第二半導(dǎo)體襯底，其中，第一半導(dǎo)體襯底包括第一支撐襯底、位于所述第一支撐襯底表面上的第一絕緣埋層、以及位于所述第一絕緣埋層表面上的第一頂層半導(dǎo)體層；其次，在所述第一半導(dǎo)體襯底表面或所述第二半導(dǎo)體襯底表面形成第二絕緣埋層，鍵合所述第一半導(dǎo)體襯底和第二半導(dǎo)體襯底，并使所述第二絕緣埋層位于所述第一頂層半導(dǎo)體層與第二半導(dǎo)體襯底之間； 再次，將所述第二半導(dǎo)體襯底減薄，形成與第一頂層半導(dǎo)體層厚度不同的第二頂層半導(dǎo)體層，其中，所述第一頂層半導(dǎo)體層和第二頂層半導(dǎo)體層中厚度較厚的為厚膜層，反之，為薄膜層；然后，在所述第二頂層半導(dǎo)體層表面定義出第I區(qū)域和第II區(qū)域，并在所述第I區(qū)域開(kāi)窗口直至暴露出所述第一頂層半導(dǎo)體層表面；最后，在所述第I區(qū)域和第II區(qū)域完成光學(xué)傳感器件和像素讀出電路的制備，其中，所述光學(xué)傳感器件制備在所述厚膜層中，并形成相鄰器件間的隔離，以完成圖像傳感器的制備。
請(qǐng)參閱圖Ia至圖6。需要說(shuō)明的是，以下具體實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)7離子注入深度位置襯底硅絕緣層P型摻雜的頂層硅襯底硅中的N型摻雜阱區(qū)表面P型摻雜區(qū)二氧化硅層有效感光區(qū)頂層硅的N型摻雜區(qū)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
實(shí)施例一
如圖Ia至圖If所示，本發(fā)明提供一種圖像傳感器制備方法，該方法至少包括以下步驟
如圖Ia所示，首先執(zhí)行步驟1)提供第一半導(dǎo)體襯底1和第二半導(dǎo)體襯底2，其中， 第一半導(dǎo)體襯底1包括第一支撐襯底11、位于所述第一支撐襯底11表面上的第一絕緣埋層12、以及位于所述第一絕緣埋層12表面上的第一頂層半導(dǎo)體層13。
其中，所述第一頂層半導(dǎo)體層13的材料為用于制備半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料，至少包括硅、應(yīng)變硅、鍺及硅鍺中的任意一種；所述第一絕緣埋層12為單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)， 其中的所述單層結(jié)構(gòu)或所述疊層結(jié)構(gòu)中的每一層的材料為氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的任意一種；所述第一支撐襯底11為普通半導(dǎo)體襯底(至少包括硅襯底或藍(lán)寶石襯底)；所述第二半導(dǎo)體襯底2為普通半導(dǎo)體襯底(至少包括硅襯底)或具有絕緣埋層的半導(dǎo)體襯底 (至少包括絕緣體上硅或絕緣體上鍺，其襯底材料包括硅或藍(lán)寶石)。具體地，在本實(shí)施例一中，所述第一頂層半導(dǎo)體層13為單晶硅層，所述第一絕緣埋層12為氧化硅單層結(jié)構(gòu)，所述第一支撐襯底11為硅材料支撐襯底，所述第二半導(dǎo)體襯底2為硅襯底，所述第二半導(dǎo)體襯底2的表面用B’ -B’面表示(如圖Ia所示)。
需要說(shuō)明的是，所述第一頂層半導(dǎo)體層13為薄膜層或厚膜層，其中，所述薄膜層厚度范圍是0. 1 μ m 0. 3 μ m，所述厚膜層厚度范圍是0. 3 μ m 10 μ m，在本實(shí)施例一中， 所述第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在0. 1 μ m 0. 3 μ m之間的硅材料薄膜層，所述第一半導(dǎo)體襯底1的第一頂層半導(dǎo)體層13的表面用A-A面表示(如圖Ia所示)。接著執(zhí)行步驟2)。
如圖Ib所示，在步驟2、中，在所述第二半導(dǎo)體襯底2表面形成第二絕緣埋層3 (圖 Ib中的B-B面表示所示第二絕緣埋層3的表面)，形成第二絕緣埋層3采用的方法包括采用化學(xué)氣相沉積方法或物理氣相沉積方法，在所述第二半導(dǎo)體襯底2表面沉積第二絕緣埋層材料，以形成第二絕緣埋層3 ；或熱氧化所述第二半導(dǎo)體襯底2，將其表面形成的氧化層作為第二絕緣埋層3。在本實(shí)施例一中，采用熱氧化方法，將所述第二半導(dǎo)體襯底2表面形成的氧化層作為第二絕緣埋層3。
需要說(shuō)明的是，在另一實(shí)施例中，前述的步驟2)，在所述第一半導(dǎo)體襯底1表面形成第二絕緣埋層3 (圖If中的A’ -A'面表示所示第二絕緣埋層3的表面)，此時(shí)形成第二絕緣埋層3采用的方法包括采用化學(xué)氣相沉積方法或物理氣相沉積方法，在所述第一半導(dǎo)體襯底1表面沉積第二絕緣埋層材料，以形成第二絕緣埋層3 ；或熱氧化所述第一半導(dǎo)體襯底1，將其表面形成的氧化層作為第二絕緣埋層3。
需要具體說(shuō)明的是，所述第二絕緣埋層3為單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)，其中的所述單層結(jié)構(gòu)或所述疊層結(jié)構(gòu)中的每一層的材料為氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的任意一種，在本實(shí)施例一中，所述第二絕緣埋層3為單層結(jié)構(gòu)的氧化硅。接著執(zhí)行步驟3)。
如圖Ic所示，在步驟幻中，所述第二半導(dǎo)體襯底2表面上形成第二絕緣埋層3后， 采用常規(guī)鍵合技術(shù)，將所述第二絕緣埋層3與所述第一半導(dǎo)體襯底1的第一頂層半導(dǎo)體層 13對(duì)準(zhǔn)鍵合，即在圖Ic中，本實(shí)施例一采用常規(guī)鍵合技術(shù)(Si-S^2鍵合)，將表示所述第一半導(dǎo)體襯底1的第一頂層半導(dǎo)體層13表面的A-A面(亦如圖Ia所示)與表示所述第二絕緣埋層3表面的B-B面(亦如圖Ib所示)對(duì)準(zhǔn)鍵合，此時(shí)，所述第二絕緣埋層3位于所述第一頂層半導(dǎo)體層13與第二半導(dǎo)體襯底2之間。需要說(shuō)明的是，在另一實(shí)施例中，前述的步驟幻所述第一半導(dǎo)體襯底1表面上形成第二絕緣埋層3后，采用常規(guī)鍵合技術(shù)，將所述第二絕緣埋層3與所述第二半導(dǎo)體襯底2表面對(duì)準(zhǔn)鍵合，即采用常規(guī)鍵合技術(shù)，將表示所述第二半導(dǎo)體襯底2表面的B’ -B’面(如圖Ia所示)與表示所述第二絕緣埋層3表面的 A’ -A'面(如圖If所示)對(duì)準(zhǔn)鍵合，此時(shí)，所述第二絕緣埋層3位于所述第一頂層半導(dǎo)體層13與第二半導(dǎo)體襯底2之間。接著執(zhí)行步驟4)。
如圖Id所示，在步驟4)中，將所述第二半導(dǎo)體襯底2減薄，形成第二頂層半導(dǎo)體層4。所述第二頂層半導(dǎo)體層4為薄膜層或厚膜層，其中，所述薄膜層厚度范圍是0.1 μ m 0. 3 μ m，所述厚膜層厚度范圍是0. 3 μ m 10 μ m，具體地，在本實(shí)施例一中，由于選定所述第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在0. 1 μ m 0. 3 μ m之間的薄膜層，此時(shí)，所需第二頂層半導(dǎo)體層4則為厚度在0. 3 μ m 10 μ m之間的厚膜層，其中2 μ m 3 μ m為第二頂層半導(dǎo)體層 4的優(yōu)選厚度。需要說(shuō)明的是，在另一實(shí)施例中，當(dāng)選定所述第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在 0. 3 μ m 10 μ m之間的厚膜層時(shí)，則所需第二頂層半導(dǎo)體層4為厚度在0. 1 μ m 0. 3 μ m 之間的薄膜層。
在本實(shí)施例一中，如圖Id所示，所述第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在0. 1 μ m 0. 3 μ m之間的硅材料薄膜層；所述第二半導(dǎo)體襯底2為硅襯底，且所需第二頂層半導(dǎo)體層4 為厚度在0.3μπι ΙΟμπι之間(優(yōu)選厚度為2μπι 3μπι)的硅材料厚膜層，則所述步驟 4)中的減薄過(guò)程包括前序的刻蝕或腐蝕過(guò)程以及后序的平坦化過(guò)程，即將所述第二半導(dǎo)體襯底2 (硅襯底)刻蝕或腐蝕后再進(jìn)行平坦化，具體地，采用化學(xué)機(jī)械拋光方法實(shí)現(xiàn)所述平坦化，以形成第二頂層半導(dǎo)體層4，其中所述第二頂層半導(dǎo)體層4為厚度在0. 3 μ m 10 μ m 之間(優(yōu)選厚度為2 μ m 3 μ m)的硅材料厚膜層。接著執(zhí)行步驟5)。
如圖Ie所示，在步驟幻中，在所述第二頂層半導(dǎo)體層4表面定義出第I區(qū)域和第 II區(qū)域，并在所述第I區(qū)域開(kāi)窗口直至暴露出所述第一頂層半導(dǎo)體層13表面，其中，對(duì)所述第I區(qū)域開(kāi)窗口采用的工藝為常規(guī)光刻、刻蝕(至少包括感應(yīng)耦合等離子體刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕)及腐蝕，在本實(shí)施例一中，采用常規(guī)光刻、反應(yīng)離子刻蝕及腐蝕，在所述第二頂層半導(dǎo)體層4表面對(duì)已定義的所述第I區(qū)域開(kāi)窗口，直至暴露出所述第一頂層半導(dǎo)體層13表面。接著執(zhí)行步驟6)。
如圖Ie所示，在步驟6)中，在所述第I區(qū)域和第II區(qū)域完成光學(xué)傳感器件5和像素讀出電路6的制備，其中，所述光學(xué)傳感器件5制備在所述厚膜層中，并采用淺溝道隔離或絕緣介質(zhì)隔離形成相鄰器件間的隔離7，以完成圖像傳感器的制備。
需要說(shuō)明的是，所述光學(xué)傳感器件5至少包括感光二極管(至少包括PN結(jié)感光二極管或PIN結(jié)感光二極管)及光電門(mén)中的一種，制備在所述厚膜層中；所述像素讀出電路6為三管像素讀出電路、四管像素讀出電路或其他由MOS晶體管組成的像素讀出電路所述三管像素讀出電路包括復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管，制備在所述薄膜層中； 所述四管像素讀出電路包括轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管，其中， 所述四管像素讀出電路的轉(zhuǎn)移晶體管制備在厚膜層中，所述四管像素讀出電路的復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管制備在所述薄膜層中。具體地，在本實(shí)施例一中，如圖Ie所示，所述光學(xué)傳感器件5為PN結(jié)感光二極管，所述像素讀出電路6為三管像素讀出電路(僅以一個(gè)晶體管圖示像素讀出電路)。
在本實(shí)施例一中，所述第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在0. 1 μ m 0. 3 μ m之間的硅材料薄膜層，所述第二頂層半導(dǎo)體層4為厚度在0. 3 μ m 10 μ m之間(優(yōu)選厚度為2 μ m 3 μ m)的硅材料厚膜層，所述第I區(qū)域開(kāi)窗口直至暴露出所述第一頂層半導(dǎo)體層13表面，所述第II區(qū)域在所述第二頂層半導(dǎo)體層4中，如圖Ie所示，所述光學(xué)傳感器件5為PN結(jié)感光二極管，制備在作為厚膜層的所述第二頂層半導(dǎo)體層4的第II區(qū)域，所述像素讀出電路 6為三管像素讀出電路(僅以一個(gè)晶體管圖示像素讀出電路)制備在作為薄膜層的所述第一頂層半導(dǎo)體層13的第I區(qū)域；相鄰器件間的隔離7采用絕緣介質(zhì)隔離，以完成圖像傳感器的制備。
本發(fā)明制備的圖像傳感器具有良好的抗輻射性能，且圖像傳感器感光區(qū)域具有較高的光吸收效率，同時(shí)圖像傳感器的電路具有高速、低功耗、抗閂鎖的優(yōu)良性能，即圖像傳感器具有良好的半導(dǎo)體性能。
實(shí)施例二
如圖加至圖2f所示，本發(fā)明提供一種圖像傳感器制備方法，該方法至少包括以下步驟
如圖加所示，首先執(zhí)行步驟1)提供第一半導(dǎo)體襯底1和第二半導(dǎo)體襯底2，其中， 第一半導(dǎo)體襯底1包括第一支撐襯底11、位于所述第一支撐襯底11表面上的第一絕緣埋層12、以及位于所述第一絕緣埋層12表面上的第一頂層半導(dǎo)體層13。
其中，所述第一頂層半導(dǎo)體層13的材料為用于制備半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料，至少包括硅、應(yīng)變硅、鍺及硅鍺中的任意一種；所述第一絕緣埋層12為單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)， 其中的所述單層結(jié)構(gòu)或所述疊層結(jié)構(gòu)中的每一層的材料為氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的任意一種；所述第一支撐襯底11為普通半導(dǎo)體襯底(至少包括硅襯底或藍(lán)寶石襯底)；所述第二半導(dǎo)體襯底2為普通半導(dǎo)體襯底(至少包括硅襯底)或具有絕緣埋層的半導(dǎo)體襯底 (至少包括絕緣體上硅或絕緣體上鍺，其襯底材料可以為硅或藍(lán)寶石)。具體地，在本實(shí)施例二中，所述第一頂層半導(dǎo)體層13為單晶硅層，所述第一絕緣埋層12為氮化硅單層結(jié)構(gòu)， 所述第一支撐襯底11為藍(lán)寶石材料支撐襯底，所述第二半導(dǎo)體襯底2為具有絕緣埋層的半導(dǎo)體襯底，優(yōu)選絕緣體上硅(SOI)包括第二半導(dǎo)體襯底2的支撐襯底21、位于所述支撐襯底21表面上的第二半導(dǎo)體襯底2的絕緣埋層22、以及位于所述絕緣埋層22表面上的第二半導(dǎo)體襯底2的頂層半導(dǎo)體層23，其中，所述支撐襯底21為藍(lán)寶石襯底，所述絕緣埋層22 為氧化硅，所述頂層半導(dǎo)體層23為硅，所述第二半導(dǎo)體襯底2的頂層半導(dǎo)體層23表面用 B-B面表示(如圖加所示)。
需要說(shuō)明的是，所述第一頂層半導(dǎo)體層13為薄膜層或厚膜層，其中，所述薄膜層厚度范圍是0. Iym 0.3 μπι，所述厚膜層厚度范圍是0.3 ym 10 μ m，在本實(shí)施例二中，所述第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在0. Ιμπι 0.3μπι之間的硅材料薄膜層，其中， 0. 15 μ m 0. 2 μ m為所述第一頂層半導(dǎo)體層13優(yōu)選厚度，所述第一半導(dǎo)體襯底1的第一頂層半導(dǎo)體層13的表面用A’ -A'面表示(如圖加所示)。
需要進(jìn)一步說(shuō)明的是，所述第二半導(dǎo)體襯底2為具有絕緣埋層的半導(dǎo)體襯底，優(yōu)選絕緣體上硅(SOI)，所述第二半導(dǎo)體襯底2的頂層半導(dǎo)體層23為薄膜層或厚膜層，其中， 所述薄膜層厚度范圍是0. 1 μ m 0. 3 μ m，所述厚膜層厚度范圍是0. 3 μ m 10 μ m，在本實(shí)施例二中，由于所述第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在0. 1 μ m 0. 3 μ m之間(優(yōu)選厚度為0. 15 μ m 0. 2 μ m)的薄膜層，則所述第二半導(dǎo)體襯底2的頂層半導(dǎo)體層23為厚度在 0. 3 μ m 10 μ m之間的厚膜層，其中，3 μ m 5 μ m為所述第二半導(dǎo)體襯底2的頂層半導(dǎo)體層23的優(yōu)選厚度。在另一實(shí)施例中，當(dāng)選定所述第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在0. 3 μ m 10 μ m之間的厚膜層時(shí)，則所述第二半導(dǎo)體襯底2的頂層半導(dǎo)體層23選為厚度在0. 1 μ m 0. 3 μ m之間的薄膜層。接著執(zhí)行步驟2)。
如圖2b所示，在步驟2、中，在所述第一半導(dǎo)體襯底1表面形成第二絕緣埋層3 (圖 2b中的A-A面表示所示第二絕緣埋層3的表面)，此時(shí)形成第二絕緣埋層3采用的方法包括采用化學(xué)氣相沉積方法或物理氣相沉積方法，在所述第一半導(dǎo)體襯底1表面沉積第二絕緣埋層材料，以形成第二絕緣埋層3 ；或熱氧化所述第一半導(dǎo)體襯底1，將其表面形成的氧化層作為第二絕緣埋層3。在本實(shí)施例二中，采用化學(xué)氣相沉積方法，在所述第一半導(dǎo)體襯底1表面沉積第二絕緣埋層材料，以形成第二絕緣埋層3。
需要說(shuō)明的是，在另一實(shí)施例中，前述的步驟2)，在所述第二半導(dǎo)體襯底2表面形成第二絕緣埋層3 (圖2f中的B’ -B’面表示所示第二絕緣埋層3的表面)，形成第二絕緣埋層3采用的方法包括采用化學(xué)氣相沉積方法或物理氣相沉積方法，在所述第二半導(dǎo)體襯底2表面沉積第二絕緣埋層材料，以形成第二絕緣埋層3 ；或熱氧化所述第二半導(dǎo)體襯底 2，將其表面形成的氧化層作為第二絕緣埋層3。
需要具體說(shuō)明的是，所述第二絕緣埋層3為單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)，其中的所述單層結(jié)構(gòu)或所述疊層結(jié)構(gòu)中的每一層的材料為氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的任意一種，在本實(shí)施例二中，所述第二絕緣埋層3為單層結(jié)構(gòu)的氮氧化硅。接著執(zhí)行步驟3)。
如圖2c所示，在步驟幻中，所述第一半導(dǎo)體襯底1表面上形成第二絕緣埋層3后， 采用常規(guī)鍵合技術(shù)，將所述第二絕緣埋層3與所述第二半導(dǎo)體襯底2表面對(duì)準(zhǔn)鍵合，即在圖 2c中，采用常規(guī)鍵合技術(shù)，將表示所述第二半導(dǎo)體襯底2表面的B-B面(亦如圖加所示) 與表示所述第二絕緣埋層3表面的A-A面(亦如圖2b所示)對(duì)準(zhǔn)鍵合，此時(shí)，所述第二絕緣埋層3位于所述第一頂層半導(dǎo)體層13與第二半導(dǎo)體襯底2之間。需要說(shuō)明的是，在另一實(shí)施例中，前述的步驟幻所述第二半導(dǎo)體襯底2表面上形成第二絕緣埋層3后，采用常規(guī)鍵合技術(shù)，將所述第二絕緣埋層3與所述第一半導(dǎo)體襯底1的第一頂層半導(dǎo)體層13對(duì)準(zhǔn)鍵合，即采用常規(guī)鍵合技術(shù)，將表示所述第一半導(dǎo)體襯底1的第一頂層半導(dǎo)體層13表面的 A’-A’面(如圖加所示)與表示所述第二絕緣埋層3表面的B’-B’面(如圖2f所示)對(duì)準(zhǔn)鍵合，此時(shí)，所述第二絕緣埋層3位于所述第一頂層半導(dǎo)體層13與第二半導(dǎo)體襯底2之間。接著執(zhí)行步驟4)。
如圖2d所示，在步驟4)中，將所述第二半導(dǎo)體襯底2減薄，形成第二頂層半導(dǎo)體層4。所述第二頂層半導(dǎo)體層4為薄膜層或厚膜層，其中，所述薄膜層厚度范圍是0.1 μ m 0. 3 μ m，所述厚膜層厚度范圍是0. 3 μ m 10 μ m，在本實(shí)施例二中，由于選定所述第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在0. 1 μ m 0. 3 μ m之間(優(yōu)選厚度為0. 15 μ m 0. 2 μ m)的薄膜層， 此時(shí)，所需第二頂層半導(dǎo)體層4則為厚度在0. 3 μ m 10 μ m之間的厚膜層。需要說(shuō)明的是， 在另一實(shí)施例中，當(dāng)選定所述第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在0. 3 μ m 10 μ m之間的厚膜層時(shí)，則所需第二頂層半導(dǎo)體層4為厚度在0. 1 μ m 0. 3 μ m之間的薄膜層。
在本實(shí)施例二中，如圖2d所示，所述第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在0. 1 μ m 0. 3 μ m之間(優(yōu)選厚度為0. 15 μ m 0. 2 μ m)的薄膜層；所述第二半導(dǎo)體襯底2為具有絕緣埋層的半導(dǎo)體襯底，優(yōu)選絕緣體上硅(S0I，其襯底材料為藍(lán)寶石)，且所述第二半導(dǎo)體襯底2的頂層半導(dǎo)體層23為厚度在0. 3 μ m 10 μ m之間(優(yōu)選厚度為3 μ m 5 μ m)的厚膜層，所需第二頂層半導(dǎo)體層4為厚度在0. 3μπι IOym之間的厚膜層。從而，所述步驟 4)中的減薄過(guò)程包括先刻蝕或腐蝕所述第二半導(dǎo)體襯底2的支撐襯底21，再刻蝕或腐蝕所述第二半導(dǎo)體襯底2的絕緣埋層22，僅保留所述第二半導(dǎo)體襯底2的頂層半導(dǎo)體層23， 以形成第二頂層半導(dǎo)體層4，其中，所述第二半導(dǎo)體襯底2的頂層半導(dǎo)體層23即為前述第二頂層半導(dǎo)體層4，為厚度在0. 3 μ m 10 μ m之間(優(yōu)選厚度為3 μ m 5 μ m)的硅材料厚膜層。進(jìn)一步，在另一個(gè)實(shí)施例中，刻蝕或腐蝕所述第二半導(dǎo)體襯底2的支撐襯底21和絕緣埋層22之后，對(duì)所述第二半導(dǎo)體襯底2的頂層半導(dǎo)體層23再進(jìn)行平坦化，具體地，所述平坦化采用化學(xué)機(jī)械拋光方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，以形成所述第二頂層半導(dǎo)體層4，其中所述第二頂層半導(dǎo)體層4為厚度在0. 3 μ m 10 μ m之間(優(yōu)選厚度為3 μ m 5 μ m)的硅材料厚膜層。接著執(zhí)行步驟5)。
如圖2e所示，在步驟幻中，在所述第二頂層半導(dǎo)體層4表面定義出第I區(qū)域和第 II區(qū)域，并在所述第I區(qū)域開(kāi)窗口直至暴露出所述第一頂層半導(dǎo)體層13表面，其中，對(duì)所述第I區(qū)域開(kāi)窗口采用的工藝為常規(guī)光刻、刻蝕(至少包括感應(yīng)耦合等離子體刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕)及腐蝕，在本實(shí)施例二中，采用常規(guī)光刻、反應(yīng)離子刻蝕及腐蝕，在所述第二頂層半導(dǎo)體層4表面對(duì)已定義的所述第I區(qū)域開(kāi)窗口，直至暴露出所述第一頂層半導(dǎo)體層13表面。接著執(zhí)行步驟6)。
如圖加所示，在步驟6)中，在所述第I區(qū)域和第II區(qū)域完成光學(xué)傳感器件5和像素讀出電路6的制備，其中，所述光學(xué)傳感器件5制備在所述厚膜層中，并采用淺溝道隔離或絕緣介質(zhì)隔離形成相鄰器件間的隔離7，以完成圖像傳感器的制備。
需要說(shuō)明的是，所述光學(xué)傳感器件5至少包括感光二極管(至少包括PN結(jié)感光二極管或PIN結(jié)感光二極管)及光電門(mén)中的一種，制備在所述厚膜層中；所述像素讀出電路6為三管像素讀出電路、四管像素讀出電路或其他由MOS晶體管組成的像素讀出電路所述三管像素讀出電路包括復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管，制備在所述薄膜層中； 所述四管像素讀出電路包括轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管，其中， 所述四管像素讀出電路的轉(zhuǎn)移晶體管制備在厚膜層中，所述四管像素讀出電路的復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管制備在所述薄膜層中。具體地，在本實(shí)施例二中，如圖加所示，所述光學(xué)傳感器件5為PN結(jié)感光二極管，所述像素讀出電路6為四管像素讀出電路，其中，所述四管像素讀出電路的復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管僅以一個(gè)晶體管示意(見(jiàn)圖加)，所述四管像素讀出電路的轉(zhuǎn)移晶體管8、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)9所制備的區(qū)域與所述四管像素讀出電路的復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管所制備的區(qū)域分別在兩個(gè)不同的區(qū)域中。
在本實(shí)施例二中，所述第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在0. 1 μ m 0. 3 μ m之間(優(yōu)選厚度為0. 15μπι 0.2μπι)的硅材料薄膜層，所述第二半導(dǎo)體襯底2為絕緣體上硅(S0I， 其襯底材料為藍(lán)寶石)，所述第二頂層半導(dǎo)體層4 (即所述第二半導(dǎo)體襯底2的頂層半導(dǎo)體層23)為厚度在0. 3 μ m 10 μ m之間(優(yōu)選厚度為3 μ m 5 μ m)的硅材料厚膜層，所述第I區(qū)域開(kāi)窗口直至暴露出所述第一頂層半導(dǎo)體層13表面，所述第II區(qū)域在所述第二頂層半導(dǎo)體層4中，如圖加所示，所述光學(xué)傳感器件5為PN結(jié)感光二極管，制備在作為厚膜層的所述第二頂層半導(dǎo)體層4的第II區(qū)域，所述像素讀出電路6為四管像素讀出電路，其中，所述四管像素讀出電路的復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管僅以一個(gè)晶體管示意，均制備在作為薄膜層的所述第一頂層半導(dǎo)體層13的第I區(qū)域，所述四管像素讀出電路的轉(zhuǎn)移晶體管8及浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)9均制備在作為厚膜層的所述第二頂層半導(dǎo)體層4的第II 區(qū)域；相鄰器件間的隔離7采用絕緣介質(zhì)隔離，以完成圖像傳感器的制備。
本發(fā)明制備的圖像傳感器具有良好的抗輻射性能，且圖像傳感器感光區(qū)域具有較高的光吸收效率，同時(shí)圖像傳感器的電路具有高速、低功耗、抗閂鎖的優(yōu)良性能，即圖像傳感器具有良好的半導(dǎo)體性能。
實(shí)施例三
實(shí)施例三與實(shí)施例一采用基本相同的技術(shù)方案，主要的不同之處在于實(shí)施例一中，所述第一半導(dǎo)體襯底1的第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在0. 1 μ m 0. 3 μ m之間的硅材料薄膜層，所述第二頂層半導(dǎo)體層4為厚度在0. 3 μ m 10 μ m之間(優(yōu)選厚度為2 μ m 3ym)的硅材料厚膜層；在實(shí)施例三中，所述第一半導(dǎo)體襯底1的第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在0.3μπι ΙΟμπι之間(優(yōu)選厚度為6μπι 8μπι)的應(yīng)變硅材料厚膜層，所述第二半導(dǎo)體襯底2為絕緣體上硅(SOI)，所述第二頂層半導(dǎo)體層4與所述第二半導(dǎo)體襯底2的頂層半導(dǎo)體層23均為厚度在0. 1 μ m 0. 3 μ m之間的硅材料薄膜層。
如圖3a至圖;3e所示，本發(fā)明提供一種圖像傳感器制備方法，該方法至少包括以下步驟
如圖3a所示，執(zhí)行與實(shí)施例一中基本相同的步驟1)，不同之處在于
在本實(shí)施例三中，所述第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在0. 3 μ m 10 μ m之間(優(yōu)選厚度為6 μ m 8 μ m)的應(yīng)變硅材料厚膜層；所述第二半導(dǎo)體襯底2為具有絕緣埋層的半導(dǎo)體襯底，優(yōu)選絕緣體上硅(SOI)包括第二半導(dǎo)體襯底2的支撐襯底21、位于所述支撐襯底21表面上的第二半導(dǎo)體襯底2的絕緣埋層22、以及位于所述絕緣埋層22表面上的第二半導(dǎo)體襯底2的頂層半導(dǎo)體層23，其中，所述支撐襯底21為硅襯底，所述絕緣埋層22為氧化硅，所述頂層半導(dǎo)體層23為硅，具體地，所述第二半導(dǎo)體襯底2的頂層半導(dǎo)體層23為厚度在0. 1 μ m 0. 3 μ m之間的硅材料薄膜層。
接著執(zhí)行步驟幻，如圖北所示，即在本實(shí)施例三中，采用物理氣相沉積方法，在所述第二半導(dǎo)體襯底2表面沉積第二絕緣埋層材料，以形成第二絕緣埋層3，且所述第二絕緣埋層3為雙層的疊層結(jié)構(gòu)，其中每一層的材料分別為氮化硅和氮氧化硅。
接著執(zhí)行實(shí)施例一相同的步驟3)，如圖3c所示，即在本實(shí)施例三中，采用常規(guī)鍵合技術(shù)，將所述第二絕緣埋層3與所述第一半導(dǎo)體襯底1的第一頂層半導(dǎo)體層13對(duì)準(zhǔn)鍵合。接著執(zhí)行步驟4)。
如圖3d所示，執(zhí)行與實(shí)施例一中基本相同的步驟4)，不同之處在于在本實(shí)施例三中，所述第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在0. 3 μ m 10 μ m之間(優(yōu)選厚度為6 μ m 8 μ m) 的厚膜層，所述第二半導(dǎo)體襯底2為具有絕緣埋層的半導(dǎo)體襯底，優(yōu)選絕緣體上硅(SOI)， 且所述第二半導(dǎo)體襯底2的頂層半導(dǎo)體層23為厚度在0. 1 μ m 0. 3 μ m之間的薄膜層，則所需第二頂層半導(dǎo)體層4為厚度在0. 1 μ m 0. 3 μ m之間的薄膜層。
需要說(shuō)明的是，步驟4)中，實(shí)施例三與實(shí)施例一采用相同的減薄過(guò)程，即先刻蝕或腐蝕所述第二半導(dǎo)體襯底2的支撐襯底21，再刻蝕或腐蝕所述第二半導(dǎo)體襯底2的絕緣埋層22，僅保留所述第二半導(dǎo)體襯底2的頂層半導(dǎo)體層23，以形成第二頂層半導(dǎo)體層4， 其中，所述第二半導(dǎo)體襯底2的頂層半導(dǎo)體層23即為前述第二頂層半導(dǎo)體層4，為厚度在 0. Iym 0.3μπι之間的硅材料薄膜層。進(jìn)一步，在另一個(gè)實(shí)施例中，刻蝕或腐蝕所述第二半導(dǎo)體襯底2的支撐襯底21和絕緣埋層22之后，對(duì)所述第二半導(dǎo)體襯底2的頂層半導(dǎo)體層 23再進(jìn)行平坦化，具體地，采用化學(xué)機(jī)械拋光方法實(shí)現(xiàn)所述平坦化，以形成第二頂層半導(dǎo)體層4，其中所述第二頂層半導(dǎo)體層4為厚度在0. 1 μ m 0. 3 μ m之間的薄膜層。接著執(zhí)行步馬聚5) ο
接著執(zhí)行步驟5)，如圖!Be所示，即在本實(shí)施例三中，采用常規(guī)光刻、感應(yīng)耦合等離子體刻蝕及腐蝕，在所述第二頂層半導(dǎo)體層4表面對(duì)已定義的所述第I區(qū)域開(kāi)窗口，直至暴露出所述第一頂層半導(dǎo)體層13表面。接著執(zhí)行步驟6)。
如圖;3e所示，執(zhí)行與實(shí)施例一中基本相同的步驟6)，不同之處在于
在本實(shí)施例三中，所述第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在0. 3 μ m 10 μ m之間(優(yōu)選厚度為6 μ m 8 μ m)的應(yīng)變硅材料厚膜層，所述第二半導(dǎo)體襯底2為絕緣體上硅(SOI)，所述第二頂層半導(dǎo)體層4 (即所述第二半導(dǎo)體襯底2的頂層半導(dǎo)體層2 為厚度在0. 1 μ m 0. 3 μ m之間的硅材料薄膜層，所述第I區(qū)域開(kāi)窗口直至暴露出所述第一頂層半導(dǎo)體層13表面，所述第II區(qū)域在所述第二頂層半導(dǎo)體層4中，如圖3e所示，所述光學(xué)傳感器件5為PN 結(jié)感光二極管，制備在作為厚膜層的所述第一頂層半導(dǎo)體層13的第I區(qū)域，所述像素讀出電路6為三管像素讀出電路(僅以一個(gè)晶體管圖示像素讀出電路)制備在作為薄膜層的所述第二頂層半導(dǎo)體層4的第II區(qū)域。
需要說(shuō)明的是，步驟6)中，實(shí)施例三與實(shí)施例一相同之處在于
i)所述光學(xué)傳感器件5和所述像素讀出電路6相同，如圖!Be所示，即在本實(shí)施例三中，所述光學(xué)傳感器件5為PN結(jié)感光二極管，所述像素讀出電路6為三管像素讀出電路 (僅以一個(gè)晶體管圖示像素讀出電路區(qū)域)。
ii)隔離方法相同，如圖!Be所示，即在本實(shí)施例三中，相鄰器件間的隔離7采用絕緣介質(zhì)隔離，以完成圖像傳感器的制備。
本發(fā)明制備的圖像傳感器具有良好的抗輻射性能，且圖像傳感器感光區(qū)域具有較高的光吸收效率，同時(shí)圖像傳感器的電路具有高速、低功耗、抗閂鎖的優(yōu)良性能，即圖像傳感器具有良好的半導(dǎo)體性能。
實(shí)施例四
如圖如至圖4f所示，本發(fā)明提供一種圖像傳感器制備方法，該方法至少包括以下步驟
如圖如所示，首先執(zhí)行步驟1)提供第一半導(dǎo)體襯底1和第二半導(dǎo)體襯底2，其中， 第一半導(dǎo)體襯底1包括第一支撐襯底11、位于所述第一支撐襯底11表面上的第一絕緣埋層12、以及位于所述第一絕緣埋層12表面上的第一頂層半導(dǎo)體層13。
其中，所述第一頂層半導(dǎo)體層13的材料為用于制備半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料，至少包括硅、應(yīng)變硅、鍺及硅鍺中的任意一種；所述第一絕緣埋層12為單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)， 其中的所述單層結(jié)構(gòu)或所述疊層結(jié)構(gòu)中的每一層的材料為氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的任意一種；所述第一支撐襯底11為普通半導(dǎo)體襯底(至少包括硅襯底或藍(lán)寶石襯底)；所述第二半導(dǎo)體襯底2為普通半導(dǎo)體襯底(至少包括硅襯底)或具有絕緣埋層的半導(dǎo)體襯底 (至少包括絕緣體上硅或絕緣體上鍺，其襯底材料包括硅或藍(lán)寶石)。具體地，在本實(shí)施例四中，所述第一頂層半導(dǎo)體層13為硅鍺層，所述第一絕緣埋層12為氮氧化硅單層結(jié)構(gòu)，所述第一支撐襯底11為藍(lán)寶石材料支撐襯底，所述第二半導(dǎo)體襯底2為硅襯底，所述第二半導(dǎo)體襯底2的表面用B-B面表示(如圖如所示)。
需要說(shuō)明的是，所述第一頂層半導(dǎo)體層13為薄膜層或厚膜層，其中，所述薄膜層厚度范圍是0. 1 μ m 0. 3 μ m，所述厚膜層厚度范圍是0. 3 μ m 10 μ m，在本實(shí)施例四中， 所述第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在0. 3 μ m 10 μ m之間(優(yōu)選厚度為5 μ m 6 μ m)的硅鍺材料厚膜層，所述第一半導(dǎo)體襯底1的第一頂層半導(dǎo)體層13的表面用A’ -A'面表示 (如圖如所示)。接著執(zhí)行步驟2)。
如圖4b所示，在步驟2、中，在所述第一半導(dǎo)體襯底1表面形成第二絕緣埋層3 (圖 4b中的A-A面表示所示第二絕緣埋層3的表面)，此時(shí)形成第二絕緣埋層3采用的方法包括采用化學(xué)氣相沉積方法或物理氣相沉積方法，在所述第一半導(dǎo)體襯底1表面沉積第二絕緣埋層材料，以形成第二絕緣埋層3 ；或熱氧化所述第一半導(dǎo)體襯底1，將其表面形成的氧化層作為第二絕緣埋層3。在本實(shí)施例四中，采用化學(xué)氣相沉積方法，在所述第一半導(dǎo)體襯底1表面沉積第二絕緣埋層材料，以形成第二絕緣埋層3。
需要說(shuō)明的是，在另一實(shí)施例中，前述的步驟2)，在所述第二半導(dǎo)體襯底2表面形成第二絕緣埋層3 (圖4f中的B’ -B’面表示所示第二絕緣埋層3的表面)，形成第二絕緣埋層3采用的方法包括采用化學(xué)氣相沉積方法或物理氣相沉積方法，在所述第二半導(dǎo)體襯底2表面沉積第二絕緣埋層材料，以形成第二絕緣埋層3 ；或熱氧化所述第二半導(dǎo)體襯底 2，將其表面形成的氧化層作為第二絕緣埋層3。
需要具體說(shuō)明的是，所述第二絕緣埋層3為單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)，其中的所述單層結(jié)構(gòu)或所述疊層結(jié)構(gòu)中的每一層的材料為氧化硅、氮化硅及氮氧化硅中的任意一種，在本實(shí)施例四中，所述第二絕緣埋層3為單層結(jié)構(gòu)的氮化硅。接著執(zhí)行步驟3)。
如圖如所示，在步驟幻中，所述第一半導(dǎo)體襯底1表面上形成第二絕緣埋層3后， 采用常規(guī)鍵合技術(shù)，將所述第二絕緣埋層3與所述第二半導(dǎo)體襯底2表面對(duì)準(zhǔn)鍵合，即采用常規(guī)鍵合技術(shù)，將表示所述第二半導(dǎo)體襯底2表面的B-B面(亦如圖如所示)與表示所述第二絕緣埋層3表面的A-A面(亦如圖4b所示)對(duì)準(zhǔn)鍵合，此時(shí)，所述第二絕緣埋層3位于所述第一頂層半導(dǎo)體層13與第二半導(dǎo)體襯底2之間。需要說(shuō)明的是，在另一實(shí)施例中， 前述的步驟幻所述第二半導(dǎo)體襯底2表面上形成第二絕緣埋層3后，采用常規(guī)鍵合技術(shù)， 將所述第二絕緣埋層3與所述第一半導(dǎo)體襯底1的第一頂層半導(dǎo)體層13對(duì)準(zhǔn)鍵合，即在圖4c中，采用常規(guī)鍵合技術(shù)，將表示所述第一半導(dǎo)體襯底1的第一頂層半導(dǎo)體層13表面的 A’ -A'面(亦如圖如所示)與表示所述第二絕緣埋層3表面的B’ -B’面(亦如圖4f所示)對(duì)準(zhǔn)鍵合，此時(shí)，所述第二絕緣埋層3位于所述第一頂層半導(dǎo)體層13與第二半導(dǎo)體襯底2之間。接著執(zhí)行步驟4)。
如圖4d所示，在步驟4)中，將所述第二半導(dǎo)體襯底2減薄，形成第二頂層半導(dǎo)體層4。所述第二頂層半導(dǎo)體層4為薄膜層或厚膜層，其中，所述薄膜層厚度范圍是0.1 μ m 0. 3 μ m，所述厚膜層厚度范圍是0. 3 μ m 10 μ m，在本實(shí)施例四中，由于選定所述第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在0. 3 μ m 10 μ m之間(優(yōu)選厚度為5 μ m 6 μ m)的厚膜層，此時(shí)，所需第二頂層半導(dǎo)體層4則為厚度在0. 1 μ m 0. 3 μ m之間的薄膜層。需要說(shuō)明的是，在另一實(shí)施例中，當(dāng)選定所述第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在0. 1 μ m 0. 3 μ m之間的薄膜層時(shí)，則所需第二頂層半導(dǎo)體層4為厚度在0. 3 μ m 10 μ m之間的厚膜層。
在本實(shí)施例四中，如圖4d所示，所述第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在0. 3 μ m IOym之間(優(yōu)選厚度為5 μ m 6 μ m)的硅鍺材料厚膜層；所述第二半導(dǎo)體襯底2為硅襯底，且所需第二頂層半導(dǎo)體層4為厚度在0. 1 μ m 0. 3 μ m之間的硅材料薄膜層，需要進(jìn)一步說(shuō)明的是，所述步驟1)還包括，在所述第二半導(dǎo)體襯底2表面進(jìn)行H離子注入，離子注入的深度距離第二半導(dǎo)體襯底2表面0. 1 μ m 0. 3 μ m (如圖如中C-C面所示位置)，該離子注入深度即為所需第二頂層半導(dǎo)體層4的厚度；此時(shí)，所述步驟4)中的減薄采用高溫退火，使H離子注入介質(zhì)層所在位置(如圖如中C-C面所示位置)形成連續(xù)的空氣孔，進(jìn)而在所述H離子注入介質(zhì)層所在位置(如圖如中C-C面所示位置)對(duì)所述第二半導(dǎo)體襯底 2實(shí)現(xiàn)剝離，以形成第二頂層半導(dǎo)體層4，其中所述第二頂層半導(dǎo)體層4為厚度在0. 1 μ m 0.3μπι之間的硅材料薄膜層。
需要特殊說(shuō)明的是，在另一實(shí)施例中，所述第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在 0. 1 μ m 0. 3 μ m之間的薄膜層，所需第二頂層半導(dǎo)體層4為厚度在0. 3 μ m 10 μ m之間的厚膜層，需要進(jìn)一步說(shuō)明的是，所述步驟1)還包括，在所述第二半導(dǎo)體襯底2表面進(jìn)行H 離子注入，離子注入的深度距離第二半導(dǎo)體襯底2表面0. 3 μ m 10 μ m，該離子注入深度即為所需第二頂層半導(dǎo)體層4的厚度，此時(shí)，所述步驟4)中的減薄采用高溫退火，使H離子注入介質(zhì)層所在位置形成連續(xù)的空氣孔，進(jìn)而在所述H離子注入介質(zhì)層所在位置對(duì)所述第二半導(dǎo)體襯底2實(shí)現(xiàn)剝離，以形成第二頂層半導(dǎo)體層4，其中所述第二頂層半導(dǎo)體層4為厚度在0. 3 μ m 10 μ m之間的厚膜層。接著執(zhí)行步驟5)。
如圖如所示，在步驟幻中，在所述第二頂層半導(dǎo)體層4表面定義出第I區(qū)域和第 II區(qū)域，并在所述第I區(qū)域開(kāi)窗口直至暴露出所述第一頂層半導(dǎo)體層13表面，其中，對(duì)所述第I區(qū)域開(kāi)窗口采用的工藝為常規(guī)光刻、刻蝕(至少包括感應(yīng)耦合等離子體刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕)及腐蝕，在本實(shí)施例四中，采用常規(guī)光刻、反應(yīng)離子刻蝕及腐蝕，在所述第二頂層半導(dǎo)體層4表面對(duì)已定義的所述第I區(qū)域開(kāi)窗口，直至暴露出所述第一頂層半導(dǎo)體層13表面。接著執(zhí)行步驟6)。
如圖如所示，在步驟6)中，在所述第I區(qū)域和第II區(qū)域完成光學(xué)傳感器件5和像素讀出電路6的制備，其中，所述光學(xué)傳感器件5制備在所述厚膜層中，并采用淺溝道隔離或絕緣介質(zhì)隔離形成相鄰器件間的隔離7，以完成圖像傳感器的制備。
需要說(shuō)明的是，所述光學(xué)傳感器件5至少包括感光二極管(至少包括PN結(jié)感光二極管或PIN結(jié)感光二極管)及光電門(mén)中的一種，制備在所述厚膜層中；所述像素讀出電路 6為三管像素讀出電路或四管像素讀出電路或其他由MOS晶體管組成的像素讀出電路所述三管像素讀出電路包括復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管，制備在所述薄膜層中； 所述四管像素讀出電路包括轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管，其中， 所述四管像素讀出電路的轉(zhuǎn)移晶體管制備在厚膜層中，所述四管像素讀出電路的復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管制備在所述薄膜層中。具體地，在本實(shí)施例四中，如圖4e所示，所述光學(xué)傳感器件5為PN結(jié)感光二極管，所述像素讀出電路6為四管像素讀出電路，其中，所述四管像素讀出電路的復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管僅以一個(gè)晶體管示意(見(jiàn)圖4e)，所述四管像素讀出電路的轉(zhuǎn)移晶體管8、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)9所制備的區(qū)域與所述四管像素讀出電路的復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管所制備的區(qū)域分別在兩個(gè)不同的區(qū)域中。
在本實(shí)施例四中，所述第一頂層半導(dǎo)體層13為厚度在0. 3 μ m 10 μ m之間(優(yōu)選厚度為5 μ m 6 μ m)的硅鍺材料厚膜層，所述第二頂層半導(dǎo)體層4為厚度在0. 1 μ m 0.3 μ m之間的硅材料薄膜層，所述第I區(qū)域開(kāi)窗口直至暴露出所述第一頂層半導(dǎo)體層13表面，所述第II區(qū)域在所述第二頂層半導(dǎo)體層4中，如圖如所示，所述光學(xué)傳感器件5為PN 結(jié)感光二極管，制備在作為厚膜層的所述第一頂層半導(dǎo)體層13的第I區(qū)域，所述像素讀出電路6為四管像素讀出電路，其中所述四管像素讀出電路的復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管僅以一個(gè)晶體管示意，均制備在作為薄膜層的所述第二頂層半導(dǎo)體層4的第II 區(qū)域，所述四管像素讀出電路的轉(zhuǎn)移晶體管8及浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)9均制備在作為厚膜層的所述第一頂層半導(dǎo)體層13的第I區(qū)域；相鄰器件間的隔離7采用絕緣介質(zhì)隔離，以完成圖像傳感器的制備。
綜上所述，本發(fā)明圖像傳感器制備方法，具有以下有益效果
1)光學(xué)傳感器件制備在作為厚膜層的頂層半導(dǎo)體層，使其能夠?qū)崿F(xiàn)較深的PN結(jié)耗盡區(qū)，從而具有較高的光吸收效率。
2)像素讀出電路制備在作為薄膜層的頂層半導(dǎo)體層，使其MOS晶體管全耗盡，電路具有高速、低功耗、抗閂鎖的優(yōu)良性能。
3)圖像傳感器的光學(xué)傳感器件和像素讀出電路分別通過(guò)第一絕緣埋層和第二絕緣埋層與第一支撐襯底和第二支撐襯底實(shí)現(xiàn)電學(xué)隔離，提高了其抗高能粒子輻射的能力。
所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器制備方法，其特征在于，該方法至少包括以下步驟1)提供第一半導(dǎo)體襯底和第二半導(dǎo)體襯底，其中，第一半導(dǎo)體襯底包括第一支撐襯底、位于所述第一支撐襯底表面上的第一絕緣埋層、以及位于所述第一絕緣埋層表面上的第一頂層半導(dǎo)體層；2)在所述第一半導(dǎo)體襯底表面或所述第二半導(dǎo)體襯底表面形成第二絕緣埋層；3)鍵合所述第一半導(dǎo)體襯底和第二半導(dǎo)體襯底，并使所述第二絕緣埋層位于所述第一頂層半導(dǎo)體層與第二半導(dǎo)體襯底之間；4)將所述第二半導(dǎo)體襯底減薄，形成與第一頂層半導(dǎo)體層厚度不同的第二頂層半導(dǎo)體層，其中，所述第一頂層半導(dǎo)體層和第二頂層半導(dǎo)體層中厚度較厚的為厚膜層，反之，為薄膜層；5)在所述第二頂層半導(dǎo)體層表面定義出第I區(qū)域和第II區(qū)域，并在所述第I區(qū)域開(kāi)窗口直至暴露出所述第一頂層半導(dǎo)體層表面；6)在所述第I區(qū)域和第II區(qū)域完成光學(xué)傳感器件和像素讀出電路的制備，其中，所述光學(xué)傳感器件制備在所述厚膜層中，并形成相鄰器件間的隔離，以完成圖像傳感器的制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器制備方法，其特征在于所述第一頂層半導(dǎo)體層為薄膜層，厚度范圍是0. 1 μ m 0. 3 μ m，所述第二頂層半導(dǎo)體層為厚膜層，厚度范圍是 0. 3 μ m 10 μ m0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器制備方法，其特征在于所述第一頂層半導(dǎo)體層為厚膜層，厚度范圍是0. 3 μ m 10 μ m，所述第二頂層半導(dǎo)體層為薄膜層，厚度范圍是 0. 1 μ m 0. 3 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器制備方法，其特征在于所述第一頂層半導(dǎo)體層和第二頂層半導(dǎo)體層的材料分別為用于制備半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料，至少包括硅、應(yīng)變硅、鍺及硅鍺中的任意一種；所述第一支撐襯底為普通半導(dǎo)體襯底，至少包括硅襯底或藍(lán)寶石襯底。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器制備方法，其特征在于所述步驟6)中，所述光學(xué)傳感器件至少包括感光二極管及光電門(mén)中的一種；所述像素讀出電路為三管像素讀出電路或四管像素讀出電路，其中，所述三管像素讀出電路包括復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管，所述四管像素讀出電路包括轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器制備方法，其特征在于所述像素讀出電路的復(fù)位晶體管、放大晶體管和行選擇晶體管制備在所述薄膜層中；當(dāng)所述像素讀出電路為四管像素讀出電路時(shí)，所述像素讀出電路的轉(zhuǎn)移晶體管制備在厚膜層中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器制備方法，其特征在于所述第二半導(dǎo)體襯底為具有絕緣埋層的半導(dǎo)體襯底，至少包括絕緣體上硅或絕緣體上鍺；所述步驟4)中的減薄過(guò)程包括依序刻蝕或腐蝕所述第二半導(dǎo)體襯底的支撐襯底和絕緣埋層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像傳感器制備方法，其特征在于所述步驟4)中的減薄過(guò)程還包括刻蝕或腐蝕過(guò)程之后的平坦化過(guò)程。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器制備方法，其特征在于所述第二半導(dǎo)體襯底為普通半導(dǎo)體襯底，至少包括硅襯底；所述步驟4)中的減薄過(guò)程包括前序的刻蝕或腐蝕過(guò)程以及后序的平坦化過(guò)程。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器制備方法，其特征在于所述第二半導(dǎo)體襯底為普通半導(dǎo)體襯底，至少包括硅襯底；所述步驟1)還包括，在所述第二半導(dǎo)體襯底表面進(jìn)行H 離子注入，離子注入的深度為所述步驟4)中的第二頂層半導(dǎo)體層的厚度；此時(shí)，所述步驟 4)中的減薄采用高溫退火，使H離子注入介質(zhì)層處形成連續(xù)的空氣孔，進(jìn)而在所述H離子注入介質(zhì)層處對(duì)所述第二半導(dǎo)體襯底實(shí)現(xiàn)剝離，以形成所述第二頂層半導(dǎo)體層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圖像傳感器制備方法，提供第一半導(dǎo)體襯底和第二半導(dǎo)體襯底，在第一半導(dǎo)體襯底表面或第二半導(dǎo)體襯底表面形成第二絕緣埋層，鍵合第一半導(dǎo)體襯底和第二半導(dǎo)體襯底，并使第二絕緣埋層位于第一頂層半導(dǎo)體層與第二半導(dǎo)體襯底之間，將第二半導(dǎo)體襯底減薄形成與第一頂層半導(dǎo)體層厚度不同的第二頂層半導(dǎo)體層，在第二頂層半導(dǎo)體層表面定義出第I區(qū)域和第II區(qū)域，并在第I區(qū)域開(kāi)窗口直至暴露出第一頂層半導(dǎo)體層表面，分別在第I區(qū)域和第II區(qū)域完成光學(xué)傳感器件和像素讀出電路的制備，并形成相鄰器件間的隔離，以完成圖像傳感器的制備。本發(fā)明制備的圖像傳感器具有良好的抗輻射性能和良好的半導(dǎo)體性能，且感光區(qū)域具有較高的光吸收效率。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102509730SQ20111045520
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者任韜, 方娜, 汪輝, 田犁, 陳杰 申請(qǐng)人:上海中科高等研究院