專(zhuān)利名稱(chēng)：圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及圖像傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
一般而言，圖像傳感器是用于將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的半導(dǎo)體器
件。圖像傳感器大致可分為電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器(CIS)。
CIS包括在單位像素中形成的光電二極管和MOS晶體管，并通過(guò)以切換的方式順序#測(cè)單位像素的電信號(hào)來(lái)獲得圖像。
在相關(guān)技術(shù)的CIS結(jié)構(gòu)中，光電二極管和晶體管是橫向排列的。
雖然相關(guān)技術(shù)的橫向型CIS已經(jīng)解決了 CCD圖《象傳感器的某些局限性，但這種CIS仍然存在一些問(wèn)題。
在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的橫向型CIS中，光電二極管和晶體管在襯底上彼此相鄰地橫向形成。因此，需要用于形成光電二極管的額外的區(qū)域，這可能降低填充因數(shù)并限制分辨率。
而且，在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的橫向型CIS中，要實(shí)現(xiàn)同時(shí)形成光電二極管和晶體管的最佳工藝非常困難。也就是說(shuō)，雖然在快速晶體管工藝中對(duì)于低的薄膜電阻來(lái)說(shuō)需要淺結(jié)，但是淺結(jié)在光電二極管中并不合適。
此外，在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的橫向型CIS中，由于對(duì)圖像傳感器加入了額外的片上(on-chip)功能，所以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。然而，像素尺寸的增加降低了圖像傳感器的分辨率，且光電二極管的面積的減小降低圖像傳感器的靈敏度
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例涉及圖像傳感器及其制造方法，其能夠提供電路和光電二極管的新的結(jié)合。
實(shí)施例涉及圖像傳感器及其制造方法，其能夠提高圖像傳感器的分辨率和靈敏度兩者。
實(shí)施例涉及圖像傳感器及其制造方法，其采用豎直(vertical)型光電二極管，同時(shí)能夠提供光電二極管和電漆t(yī)間的極好的物理鍵合力和電學(xué)鍵合力。
實(shí)施例涉及圖像傳感器及其制造方法，其采用豎直型光電二極管，同時(shí)能夠減少光電二極管中的瑕瘋。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像傳感器可以包括其上形成有包括互聯(lián)件的電路的第一襯底；在第一襯底上的絕緣層，該絕緣層與互聯(lián)件接觸；光電二波管，其與第一襯底^^，同時(shí)與絕緣層接觸，并與互聯(lián)件電連接；通5^塞件(via plug )，該通路插塞件這樣被提供去除光電二極管和絕緣層的部分以暴露互聯(lián)件的上部，從而形成通路孔(viahole),并向該通路孔填充傳導(dǎo)性金屬。
根據(jù)實(shí)施例的用于制造圖像傳感器的方法可以包括準(zhǔn)備其上形成有包括互聯(lián)件的電路的第一襯底；在第一襯底上形成與互聯(lián)件接觸的絕緣層；準(zhǔn)備其上形成有光電二統(tǒng)管的第二襯底；對(duì)第一襯底和第二襯底進(jìn)行鍵合，使得光電二極管和絕緣層彼此接觸；去除鍵合的第二襯底的一部分以暴露光電二極管；通過(guò)去除光電二極管和絕緣層的一部分使得暴露互聯(lián)件的上部來(lái)形成通路孔；通過(guò)向通路孔填充傳導(dǎo)性金屬并去除傳導(dǎo)性金屬的一部分來(lái)形成通^#塞件。


圖1到圖13示出了根據(jù)實(shí)施例的圖像傳感器，以及用于制造圖l象傳感器的方法。
圖l示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像傳感器的橫截面；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像傳感器的平面圖3-13示出了用于解釋用以制造根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像傳感器的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖對(duì)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像傳感器以及用于制造圖像傳感器的方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
在對(duì)實(shí)施例的描述中，可以理解，當(dāng)一個(gè)層(或膜)被稱(chēng)為在另一層或襯底"上"時(shí)，該層(或膜)可以直接位于另一層或襯底上，或者還可以存在介于中間的層。此外，可以理解，當(dāng)一層被稱(chēng)為在另一層"下"時(shí)，該層可以直接位于另一層下，或者還可以存在一個(gè)或更多個(gè)介于中間的層。另外，還可以理解，當(dāng)一層被稱(chēng)為在兩層"之間，，時(shí)，該層可以是這兩層之間的唯一層，或者還可以存在一個(gè)或更多個(gè)介于中間的層。
可以理解，本發(fā)明的實(shí)施例的附圖和描述已經(jīng)被簡(jiǎn)化，以便于說(shuō)明那些與清楚理解本發(fā)明相關(guān)的元件，同時(shí)為了清楚的目的，去除了其它可能已知的元件。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像傳感器的平面圖，且圖l提供了沿著根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖2的線I-I'截取的橫截面圖。
參考圖1和圖2，根據(jù)實(shí)施例的圖像傳感器可以包括具有包括互聯(lián)件110的電路(未示出)的第一襯底100;第一襯底100上的絕緣層120，該絕緣層120選擇性地接觸互聯(lián)件110;光電二極管210，其與第一襯底100鍵合，同時(shí)與絕緣層120接觸并與互聯(lián)件110電連接；以及通^塞件220。光電二極管210可以包括高濃度第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層212、第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層214,以及第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層216。根據(jù)實(shí)施例，通路插塞件220可以與高濃度第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層212和第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層214接觸。
第一襯底100和光電二極管210之間的鍵合力可以通過(guò)在第一襯底100和光電二極管210之間i殳置絕緣層120而增強(qiáng)。例如，絕緣層120可以是但不限于二氧化硅層。
此外，根據(jù)實(shí)施例，從光電二級(jí)管產(chǎn)生的電子可以通過(guò)與互聯(lián)件UO連接的通路插塞件220從光電二極管210內(nèi)部有效地轉(zhuǎn)移到第一襯底100上的電路。
根據(jù)實(shí)施例，可以通過(guò)將傳導(dǎo)性金屬填充到通路孔H(見(jiàn)圖9)中來(lái)形成通i^塞件220?？梢酝╥ti^擇性地去除光電二極管210和絕緣層120的部分以暴露互聯(lián)件110的上部來(lái)形成通路孔。
在具體實(shí)施例中，光電二極管210可以包括高濃度第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層212、第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層214，以及第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層216。才艮據(jù)實(shí)施例，通^#塞件220可以接觸高濃度第 一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層212和第 一傳導(dǎo)型傳導(dǎo) 層214。在某些實(shí)施例中，通^#塞件220不接觸第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層216。 在一個(gè)實(shí)施例中，第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層216可以接地(與地連接)。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以形成通^塞件220，以使得該通^塞件220 僅與第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層212接觸。
可以基于像素來(lái)分隔光電二極管210。例如，可以根據(jù)單位像素來(lái)分 隔光電二極管210。在一個(gè)實(shí)施例中，可以用第二絕緣層230來(lái)基于像素 分隔光電二極管210。第二絕緣層230還可以在通5Mi塞件220上形成， 其填充通路孔的剩余部分。第二絕緣層230可以是但不限于氧化物層。
在實(shí)施例中，光電二極管210可以包括在晶體半導(dǎo)體層210a(見(jiàn)圖4) 中的第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層214，以及在晶體半導(dǎo)體層中、在第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo) 層214上的第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層216。例如，光電二極管210可以包括在晶 體半導(dǎo)體層210a中的低濃度N型傳導(dǎo)層214，以及在低濃度N型傳導(dǎo)層 214上的高濃度P型傳導(dǎo)層216。但是，實(shí)施例并不限于此。例如，第一 傳導(dǎo)型并不限于N型，也可以是P型。
此外，光電二極管210還可以包括在第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層214下、在絕 緣層120上的高濃度第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層212。例如，可以形成高濃度N十 型傳導(dǎo)層212，以有助于歐姆接觸。
在實(shí)施例中，晶體半導(dǎo)體層210a (見(jiàn)圖4)可以是但不限于單晶體半 導(dǎo)體層，并且可以是多晶體半導(dǎo)體層。
雖然沒(méi)有描述第一襯底100的電路，但可以使用任何合適的CIS電 路。例如，該電路可以^Li殳置成四晶體管(4Tr) CIS。在其它實(shí)施例中， 例如，可以使用1 Tr CIS、 3 Tr CIS、 5 Tr CIS或1.5 Tr CIS (晶體管共享 的CIS)的配置。
第一襯底100上的互聯(lián)件110可以包括金屬(未示出)和插塞件(未 示出)。此外，互聯(lián)件110可以由多個(gè)層形成?；ヂ?lián)件110最上面的部分 可以作為光電二極管的下部電極。
在另一個(gè)實(shí)施例中，還可以在光電二極管210上形成頂部金屬(未示 出)。在又一個(gè)實(shí)施例中，可以在光電二極管210上方形成濾色鏡。
圖3到圖13是示出了用于制造根據(jù)實(shí)施例的圖像傳感器的方法的橫 截面圖。參考圖3，準(zhǔn)備了其上形成有互聯(lián)件110和電路(未示出)的第一襯 底100。雖然沒(méi)有描述第一襯底100的電路，但是該電路可以是任何合適 的晶體管配置。例如，可以使用四晶體管配置(4 Tr CIS),但實(shí)施例不 限于此。
互聯(lián)件110可以包括由插塞件連接的金屬層。
接下來(lái)，絕緣層120可以在第一襯底100上形成，覆蓋互聯(lián)件IIO。
根據(jù)實(shí)施例，第一襯底100與光電二極管210之間的鍵合力可以通過(guò) 在第一襯底100與光電二極管210之間形成絕緣層120來(lái)增強(qiáng)。在實(shí)施例 中，絕緣層120可以是但不限于二氧化珪層。
參考圖4，晶體半導(dǎo)體層210a可以在第二襯底200上形成。通it^t 晶體半導(dǎo)體層210a中形成光電二極管210，可以減少光電二極管210中 的瑕瘋。
在實(shí)施例中，晶體半導(dǎo)體層210a可以以外延形式在第二襯底200上 形成。隨后，可以通過(guò)在第二襯底200和晶體半導(dǎo)體層210a之間的界面 中注入氫離子來(lái)形成氫離子注入層207a?？梢栽谶M(jìn)行用以形成光電二極 管210的離子注入之后可替選地執(zhí)行氫離子的注入。
參考圖5，可以通過(guò)將離子注入到晶體半導(dǎo)體層210a中來(lái)形成光電 二極管210。
例如，第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層216可以在晶體半導(dǎo)體層210a的下部形成。 可以通it^沒(méi)有掩膜的情況下在第二襯底200之上以包層(blanket)方 式注入離子而在晶體半導(dǎo)體層210a的下部形成高濃度P型傳導(dǎo)層216。 例如，第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層216可以具有小于大約0.5 jim的結(jié)深度。
之后，第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層可以在第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層216上形成。可以 通it^沒(méi)有掩膜的情況下在第二襯底200之上以包層方式注入離子而在 第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層216上形成低濃度N型傳導(dǎo)層214。例如，低濃度第一 傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層214可以被形成為具有大約1.0 - 2.0 pm的結(jié)深度。
實(shí)施例還可以包括在第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層214上形成高濃度第一傳導(dǎo) 型傳導(dǎo)層212。例如，可以通it^t沒(méi)有掩膜的情況下在第二襯底之上以包 層方式注入離子而在第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層上形成高濃度N+型傳導(dǎo)層212， 由此有助于歐姆接觸。
參考圖6，第一襯底100和第二襯底200鍵合在一起，以使光電二極管210和絕緣層120接觸。在實(shí)施例中，在將第一襯底100與第二襯底 200鍵合之前，可以通過(guò)增加由等離子體的激活而被鍵合的表面的表面能 來(lái)執(zhí)行鍵合。
參考圖7，通過(guò)對(duì)第二襯底200執(zhí)行熱處理可以將氫離子注入層207a 改變?yōu)闅錃鈱?07。
參考圖8,可以使用刀片將第二襯底200的關(guān)于氫氣層207的部分去 除，以暴露光電二極管210。
接下來(lái)，在光電二極管210中形成要與互聯(lián)件110連接的通路插塞件
220。
例如，參考圖9，通過(guò)使用作為蝕刻掩膜的光刻膠圖案(未示出)來(lái) 選擇性地去除光電二極管210和絕緣層120的部分以暴露互聯(lián)件110的上 部，從而形成通路孔H。
參考圖10，去除光刻膠圖案(未示出)，并對(duì)通路孔H填充傳導(dǎo)性金 屬220a。傳導(dǎo)性金屬220a可以^i但不限于鎢(W)。在另一個(gè)實(shí)施例中， 可以對(duì)通路孔H填充傳導(dǎo)性金屬220a而不去除光刻膠圖案。
參考圖11，可以選擇性地去除傳導(dǎo)性金屬220a以形成通路插塞件 220。例如，可以通過(guò)在傳導(dǎo)性金屬220a上執(zhí)行回刻工藝來(lái)形成通路插塞 件220。在回刻工藝之前，可以進(jìn)一步執(zhí)行平坦化工藝，如CMP(化學(xué) 機(jī)械拋光)?；乜坦に嚳梢允褂孟鄬?duì)于傳導(dǎo)性金屬220a來(lái)說(shuō)具有對(duì)(光電 二極管210的)晶體半導(dǎo)體層210a的高選擇性的材料。
此夕卜在形成通路孔之后不去除光刻膠圖案的實(shí)施例中，可以通過(guò)使 用作為掩膜的光刻膠圖案來(lái)蝕刻傳導(dǎo)性金屬220a的上部而形成通路插塞 件220。
根據(jù)實(shí)施例，形成通5^#塞件220的工藝可以具有以下特征。也就是， 當(dāng)光電二極管210包括高濃度第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層212、第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層 214和第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層216時(shí)，通路插塞件220可以接觸高濃度第一傳 導(dǎo)型傳導(dǎo)層212和第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層214，而不接觸第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層 216。而且，第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層216可以接地。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，通^塞件220可以被形成為僅與高濃度第一傳 導(dǎo)型傳導(dǎo)層212接觸。
參考圖12，可以執(zhí)行蝕刻工藝，使得可以基于像素來(lái)分隔具有通插塞件220的光電二極管210。
例如，光電二極管210的晶體半導(dǎo)體層在像素邊界的部分可以被選擇 性地去除，以暴露絕緣層120。
參考圖13,可以對(duì)被蝕刻的部分填充第二絕緣層230。例如，可以通 過(guò)第二絕緣層、基于像素來(lái)分隔光電二極管210。這樣，第二絕緣層230 也可以在通5$^塞件220上形成。第二絕緣層230可以是但不限于氧化物 層。
之后，可以執(zhí)行形成上部電極(未示出)和濾色鏡(未示出)的工藝。
根據(jù)實(shí)施例的用于制造圖像傳感器的方法可以提供電路和光電二極 管的豎直結(jié)合。
另夕卜，其上形成有光電二極管的襯底以及其上形成有電路的襯底可以 通過(guò)在其之間設(shè)置絕緣層而被牢固地連附在一起。
此夕卜，通it^光電二極管內(nèi)部進(jìn)一步形成與電路的互聯(lián)件連接的通路 插塞件，可以將從光電二極管產(chǎn)生的電子有效地轉(zhuǎn)移到電路。
此外，當(dāng)釆用其中光電二極管被設(shè)置在電路上的豎直型光電二極管 時(shí)，通it^晶體半導(dǎo)體層內(nèi)部形成光電二極管，可以減少光電二極管內(nèi)部 的瑕瘋。
雖然實(shí)施例主要涉及互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器， 但這些實(shí)施例不局限于CMOS圖像傳感器，其可以容易地應(yīng)用于任何需 要光電二極管的圖像傳感器。
雖然這里已經(jīng)描述了多個(gè)實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可 以設(shè)計(jì)多種其它的修改和實(shí)施例，其落入本公開(kāi)的原理的精神和范圍之 中。尤其是，在4^>開(kāi)、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以對(duì)主題組合 配置的部件和/或裝置進(jìn)行各種變化和修改。除了對(duì)部件和/或裝置進(jìn)行變 化和修改之外，可替選的用途對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)也是明顯的。
權(quán)利要求
1. 一種圖像傳感器，包括在第一襯底上的包括互聯(lián)件的電路；在互聯(lián)件上的絕緣層；與第一襯底鍵合并與絕緣層接觸的光電二極管；以及在光電二極管的通路孔的一部分中的通路插塞件，其使光電二極管與互聯(lián)件電連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中光電二極管包括在晶體半導(dǎo)體層中的高濃度第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層、第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層，以及第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層。
3. 如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中通路插塞件接觸光電二極管的高濃度第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層和第 一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層，但不接觸第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層。
4. 如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中通路插塞件僅接觸光電二極管的高濃度第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層。
5. 如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中光電二極管的第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層接地。
6. 如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，還包括第二絕緣層，其在光電二極管的通路孔中，并接觸通路插塞件和光電二極管的第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層。
7. 如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中絕緣層包括二氧化硅層。
8. 如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中，基于像素對(duì)光電二極管進(jìn)行分隔。
9. 如權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，還包括第二絕緣層，其中，通過(guò)在相鄰像素之間設(shè)置的第二絕緣層、基于像素來(lái)對(duì)光電二極管進(jìn)行分隔。
10. —種用于制造圖4象傳感器方法，包括準(zhǔn)備其上形成有包括互聯(lián)件的電路的第一襯底；在第 一襯底上形成與互聯(lián)件接觸的絕緣層；準(zhǔn)備其上形成有光電二極管的第二襯底；對(duì)第一襯底和第二襯底進(jìn)行鍵合，使得光電二極管和絕緣層彼此接觸；去除鍵合的第二襯底的一部分以暴露光電二極管；通過(guò)選擇性地去除暴露的光電二極管和絕緣層使得暴露互聯(lián)件的上 部來(lái)形成通路孔；對(duì)通路孔填充傳導(dǎo)性金屬；以及去除通路孔中的部分傳導(dǎo)性金屬，以在通路孔的一部分中形成通^ 塞件。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中，準(zhǔn)備其上形成有光電二極管 的第二襯底包括:形成包括高濃度第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層、第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層、 以及第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層的光電二極管。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，去除通路孔中的部分傳導(dǎo)性 金屬包括去除通路孔中的與第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層接觸的傳導(dǎo)性金屬。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，去除通路孔中的部分傳導(dǎo)性 金屬還包括去除通路孔中的與至少一部分第 一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層接觸的傳導(dǎo) 性金屬。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，還包括在形成通#塞件之后， 形成填充通路孔以接觸通路插塞件和光電二極管的第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層的 第二絕緣層。
15. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中絕緣層包括二氧化珪層。
16. 如權(quán)利要求10所述的方法，還包括在形成通路孔之后，基于 像素來(lái)分隔光電二極管。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，基于像素來(lái)分隔光電二極管 包括在與像素邊界對(duì)應(yīng)的區(qū)域選擇性地蝕刻光電二極管，并對(duì)所蝕刻的 區(qū)域填充第二絕緣層。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例涉及圖像傳感器及其制造方法。圖像傳感器包括第一襯底、絕緣層、光電二極管以及通路插塞件。包括互聯(lián)件的電路可以在第一襯底上形成。在第一襯底上形成絕緣層，使得該絕緣層覆蓋互聯(lián)件。在晶體半導(dǎo)體層中形成光電二極管，然后使該光電二極管與第一襯底鍵合，并接觸絕緣層。通過(guò)去除光電二極管和絕緣層的部分來(lái)暴露互聯(lián)件的上部以形成通路孔，并對(duì)該通路孔填充傳導(dǎo)性金屬來(lái)提供通路插塞件。通路插塞件將光電二極管與互聯(lián)件電連接。
文檔編號(hào)H04N5/335GK101483184SQ20081018881
公開(kāi)日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月7日
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