專利名稱：圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置領(lǐng)域，尤其涉及圖像傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是用于將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體裝置。圖像傳感
器通?？梢苑譃殡姾神詈掀骷?CCD, charge coupled device)圖像傳感器或者互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS, complementary metal oxidesemiconductor)圖寸象傳感器(CIS, CMOS image sensor )。
CIS包括以單位像素形成的光電二極管和MOS晶體管，并且通過以開關(guān)的方式順序檢測(cè)多個(gè)單位像素的電信號(hào)來獲得圖像。
在相關(guān)技術(shù)的CIS結(jié)構(gòu)中，光電二極管和晶體管是水平排列的。
盡管相關(guān)技術(shù)的水平式CIS已經(jīng)解決了 CCD圖像傳感器的某些局限性，但是它仍然存在幾個(gè)問題。
在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的水平式CIS中，光電二極管和晶體管彼此相鄰水平地形成于基片上。因此，需要用于形成光電二極管的附加區(qū)域，這可能降低填充因數(shù)(fillfactor)并且限制可能的分辨率。
此外，在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的水平式cis中，m難實(shí)現(xiàn)同時(shí)形成光電二
極管和晶體管的最佳工藝。也就是說，在快速晶體管工藝中需要淺結(jié)來滿足低薄層電阻(sheet resistance )，但是這樣的淺結(jié)不適合光電二極管。
另外，在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的水平式CIS中，對(duì)圖像傳感器加入了另外的片上(on-chip)功能，因此應(yīng)當(dāng)增加單位像素的尺寸以保持圖像傳感器的靈凝:度，或者應(yīng)當(dāng)減小用于光電二極管的區(qū)域以保持像素的尺寸。然而，當(dāng)像素尺寸增加時(shí)，圖《象傳感器的分辨率降低；而當(dāng)光電二極管的面積減小時(shí)，圖像傳感器的靈^:度變差。

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，其提供電路和光電二極管的新的集成。
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種圖像傳感器及其制造方法，其增強(qiáng)分辨率和靈敏度。
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種圖像傳感器及其制造方法，其使用豎直式光電二極管以增強(qiáng)豎直式光電二極管和電珞之間的物理接觸和電接觸。
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種圖像傳感器及其制造方法，其使用豎直式光電二極管以減少光電二極管中缺陷的產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像傳感器可以包括第一基片，在其上形成包括金屬互連部分的電路；在第一基片上的非晶體層，所述非晶體層與金屬互連部分接觸；以及光電二極管，在晶體半導(dǎo)體層中并與第一基片接合，所述光電二極管與非晶體層接觸并且電連接到與金屬互連部分。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法可以包括制備第一基片，在其上形成包括金屬互連部分的電路；在第一基片上形成非晶體層，所述非晶體層與金屬互連部分接觸；制備第二基片，在其上形成光電二極管；將第一和第二基片彼此掩^以使光電二極管與非晶體層接觸；以及去除^的第二基片的一部分以露出光電二極管。


圖1到圖9示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像傳感器和圖4象傳感器的制造方法。
具體實(shí)施例方式
參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)實(shí)施例的圖像傳感器和圖像傳感器的制造方法。
在實(shí)施例的描述中，應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)將層(或膜)稱作在另一層或基片"上"時(shí)，該層可以直接在另一層或基片上，或者還可以存在介入層。此外，應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)將層稱作在另一層"下方"時(shí)，該層可以直接在另一層下方，或者還可以存在一個(gè)或更多個(gè)介入層。另外，還應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)將層稱作在兩層"之間"時(shí)，該層可以是兩層之間的唯一層，或者還可以存在一個(gè)或更多個(gè)介入層。圖l示出了根據(jù)實(shí)施例的圖像傳感器的截面圖。
參考圖1，根據(jù)實(shí)施例的圖像傳感器可以包括第一基片100，之上形成包括金屬互連部分110的電路(未示出)；布置在第一基片100上的非晶體層120;以及與非晶體層120接觸的光電二極管210。
非晶體層120可以包含與其中形成光電二極管210的晶體半導(dǎo)體層210a(參見圖4)相同的元素。其結(jié)果是，因?yàn)楦鶕?jù)實(shí)施例的圖像傳感器使用豎直式光電二極管，并且在光電二極管和電路之間包括包含與光電二極管相同的元素的非晶體層，所以可以改善光電二極管和電漆t(yī)間的物理接觸和電接觸。
例如，在該元素是珪、從而其中形成光電二極管的晶體半導(dǎo)體層由晶體硅制成、非晶體硅層由非晶體硅制成的情況下，通過Si-Si鍵接可以增加第一和第二基片100和200之間的掩^力。
在另一個(gè)實(shí)施例中，非晶體層120可以包括高濃度第一傳導(dǎo)類型非晶體珪層。例如，可以用N型雜質(zhì)對(duì)非晶體層120進(jìn)行重?fù)诫s，從而可以增加第一基片IOO和第二基片200 (參見圖4)之間的接觸力，還可以實(shí)現(xiàn)歐姆接觸。
在一些實(shí)施例中，非晶體層120被形成為具有從大約IOOA到大約l，OOOA的范圍的厚度，從而非晶體層120可以適當(dāng)?shù)刈鳛榈谝换?00與第二基片200之間的耦合層和歐姆接觸層。
在實(shí)施例中，晶體半導(dǎo)體層210a可以是、但不限于單晶體半導(dǎo)體層。例如，晶體半導(dǎo)體層210a可以是多晶體半導(dǎo)體層。
盡管沒有示出第一基片100的電路，但是本發(fā)明的實(shí)施例^^易應(yīng)用于1 Tr CIS、 3 Tr CIS、 5 Tr CIS或者1.5 Tr CIS (即晶體管共享CIS(transistor sharing CIS))結(jié)構(gòu)以及4 Tr CIS結(jié)構(gòu)。
此夕卜，第一基片100上的金屬互連部分110可以包括多個(gè)金屬層和插頭。金屬互連部分IIO的最上層部分可以作為光電二極管的下電極。
光電二極管210可以包括形成于晶體半導(dǎo)體層210a (參見圖4)中的第一傳導(dǎo)類型傳導(dǎo)層214和形成于晶體半導(dǎo)體層210a中的第二傳導(dǎo)類型傳導(dǎo)層216。例如，光電二敗管210可以包括、但不限于形成于晶體半導(dǎo)體層210a中的低濃度N型傳導(dǎo)層214和形成于晶體半導(dǎo)體層210a中的高濃度P型傳導(dǎo)層216。然而，本發(fā)明的實(shí)施例不限于此。例如，第一傳導(dǎo)類型可以是P型而不是N型。在其它實(shí)施例中，可以在光電二極管210上進(jìn)一步形成頂部金屬(未 示出)和濾色器。
可以通過在像素邊界處布置在晶體半導(dǎo)體層和非晶體層中的電介質(zhì) (未示出)針對(duì)每一個(gè)像素將光電二極管210分開。
圖2到圖9示出了根據(jù)實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法。
參考圖2，可以設(shè)置第一基片100，在其上形成金屬互連部分110和 電路(未示出)。電路可以是適合CIS的任何電路。例如，電路可以是、 但不限于4TrCIS結(jié)構(gòu)。
金屬互連部分110可以包括多個(gè)金屬層和插頭。
參考圖3，可以在第一基片100上形成與金屬互連部分110接觸的非 晶體層120。
這里，非晶體層120可以包含與其中形成光電二極管210的晶體半導(dǎo) 體層210a(參見圖4)相同的元素。其結(jié)果是，因?yàn)楦鶕?jù)實(shí)施例的圖像傳 感器使用豎直式光電二極管，并且在光電二極管和電珞之間包括包含與光 電二極管相同的元素的非晶體層，所以能夠改善光電二極管和電路之間的 物理接觸和電接觸。
例如，在該元素是砝、從而形成光電二極管的晶體半導(dǎo)體層由晶體硅 制成、非晶體硅層由非晶體珪制成的情況下，通過Si-Si鍵接可以增加第 一和第二基片100和200之間的掩^力。
才艮據(jù)一些實(shí)施例，通過注入高濃度的第一傳導(dǎo)類型雜質(zhì)離子，可以在 非晶體層120中形成高濃度第一傳導(dǎo)類型非晶體層。例如，可以通過向非 晶體層120摻入高濃度N+雜質(zhì)離子來形成高濃度N+非晶體層120。因此， 第一基片IOO和第二基片200之間的接觸力增大，還可以實(shí)現(xiàn)歐姆接觸。
在實(shí)施例中，非晶體層120可以被形成為具有從大約IOOA到大約 l，OOOA的范圍的厚度，從而非晶體層120可以適當(dāng)?shù)刈鳛榈谝换?00 與第二基片200之間的耦合層和歐姆接觸層。
參考圖4，可以在第二基片200上形成晶體半導(dǎo)體層210a。因?yàn)楣怆?二極管形成在晶體半導(dǎo)體層210a中，所以可以防止在光電二極管內(nèi)部產(chǎn) 生缺陷。
在實(shí)施例中，可以通過外延生長(zhǎng)法在第二基片200上形成晶體半導(dǎo)體 層210a。之后，將氫離子注入第二基片200和晶體半導(dǎo)體層210a之間的界面以形成氫離子注入層207a。
參考圖5，可以將雜質(zhì)離子注入晶體半導(dǎo)體層210a以形成光電二極 管210。
例如，可以在晶體半導(dǎo)體層210a的下部形成第二傳導(dǎo)類型傳導(dǎo)層
216。
例如，第二傳導(dǎo)類型傳導(dǎo)層216可以是高濃度P型傳導(dǎo)層?？梢酝?過在不使用掩模的情況下在第二基片200的整個(gè)表面上進(jìn)行第一趙式離 子注入在晶體半導(dǎo)體層的下部形成高濃度P型傳導(dǎo)層216。例如，第二傳 導(dǎo)類型傳導(dǎo)層212可以被形成為具有小于大約0.5jmi的結(jié)深度。
之后，可以在第二傳導(dǎo)類型傳導(dǎo)層216上形成第一傳導(dǎo)類型傳導(dǎo)層 214。這里，第一傳導(dǎo)類型傳導(dǎo)層214可以^1低濃度N型傳導(dǎo)層。例如， 可以通過在不使用掩模的情況下在第二基片200的整個(gè)表面上進(jìn)行第二 毯式離子注入在第二傳導(dǎo)類型傳導(dǎo)層216上形成第一傳導(dǎo)類型傳導(dǎo)層 214。可以以從大約l.Opm到大約2.0pm的范圍的結(jié)深度形成低濃度第一 傳導(dǎo)類型傳導(dǎo)層214。
接下來，參考圖6，第一基片IOO和第二基片200彼此^，使得光 電二極管210接觸非晶體層120。例如，通過使第一基片IOO和第二基片 200相互接觸、然后進(jìn)行等離子體活化使M表面的表面能量增大來進(jìn)行 齡。
然后，參考圖7，通過對(duì)第二基片200進(jìn)行熱處理可以將氫離子注入 層207a改變?yōu)闅錃鈱?07。
之后，參考圖8，然后可以將第二基片200的一部分去除，保留氫氣 層下方的光電二極管210，從而使光電二極管210露出。
接下來，參考圖9，進(jìn)行刻蝕處理，以便針對(duì)每個(gè)單位像素分離光電 二極管210。然后，可以用電^h質(zhì)填充蝕刻的部分。
之后，可以執(zhí)行用于形成上電極(未示出)和濾色器(未示出)的處理。
根據(jù)實(shí)施例的圖像傳感器及其制造方法可以提供電路和光電二極管 的豎直式集成。
此外，根據(jù)實(shí)施例的圖像傳感器使用豎直式光電二極管，并且在光電 二極管和電路之間插入包含與光電二極管相同的元素的非晶體層，從而能夠改善光電二極管與電漆t(yī)間的物理接觸和電接觸。
另夕卜，根據(jù)實(shí)施例，因?yàn)閳D像傳感器使用豎直式光電二統(tǒng)管，其中光 電二極管位于電路上方并且光電二極管形成在晶體半導(dǎo)體層中，因此可以
減少光電二極管內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生。
盡管本發(fā)明的實(shí)施例主要涉及互^險(xiǎn)屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS )圖像
傳感器，但是這些實(shí)施例不限于此，這些實(shí)施例可以容易地應(yīng)用于任何需 要光電二極管的圖像傳感器。
盡管這里描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但M當(dāng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可 以設(shè)計(jì)落入本發(fā)明的原理的構(gòu)思和范圍內(nèi)的大量其它變形例和實(shí)施例。具 體地，可以在說明、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)對(duì)主組合配置的組成部 件和/或配置進(jìn)行各種變化和變形。除了組成部件和/或配置的變化和變形 之外，可選用途對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員也是明顯的。
權(quán)利要求
1. 一種圖像傳感器，包括第一基片，在其上形成包括金屬互連部分的電路；在第一基片上的非晶體層，所述非晶體層與金屬互連部分接觸；以及光電二極管，在晶體半導(dǎo)體層中并與第一基片接合，所述光電二極管與非晶體層接觸并且電連接到與金屬互連部分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中非晶體層包括與晶體半 導(dǎo)體層相同的元素。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中所^L素是硅。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中非晶體層包括第一傳導(dǎo) 類型非晶體層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖像傳感器，其中非晶體層具有大約100A 到大約1,000A的范圍內(nèi)的厚度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中非晶體層包括第一傳導(dǎo) 類型非晶體層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像傳感器，其中非晶體層具有大約100A 到大約1，000A的范圍內(nèi)的厚度。
8. —種制造圖像傳感器的方法，所述方法包括制備第一基片，在其上形成包括金屬互連部分的電路； 在第一基片上形成非晶體層，所述非晶體層與金屬互連部分接觸； 制備第二基片，在其上形成光電二極管；將第一和第二基片彼此接合以使光電二極管與非晶體層接觸；以及 去除^的第二基片的一部分以露出光電二極管。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中在第一基片上形成非晶體層包 括形成包含與晶體半導(dǎo)體層相同的元素的非晶體層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述元素是硅。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在第一基片上形成非晶體層 包括在第一基片上沉積非晶體珪層；以及將第一傳導(dǎo)類型雜質(zhì)離子注入到非晶體硅層中以形成第一傳導(dǎo)類型 非晶體硅層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在第一基片上沉積非晶體珪 層包括將非晶體硅層形成為具有大約iooA到大約i，oooA的范圍內(nèi)的厚 度。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中在第一基片上形成非晶體層包括在第一基片上沉積非晶體層；以及將第一傳導(dǎo)類型雜質(zhì)離子注入到非晶體層中以形成第一傳導(dǎo)類型非 晶體層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中沉積非晶體層包括將非晶體層形成為具有大約iooA到大約i，oooA的范圍內(nèi)的厚度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圖像傳感器及其制造方法。圖像傳感器可以包括第一基片、非晶體層和光電二極管?？梢栽诘谝换闲纬砂ń饘倩ミB部分的電路。非晶體層布置在第一基片上方并且與金屬互連部分接觸。光電二極管可以在晶體半導(dǎo)體層中形成并且與第一基片接合，從而光電二極管與非晶體層接觸并且電連接到金屬互連部分。
文檔編號(hào)H04N5/369GK101483183SQ200810186540
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月7日
發(fā)明者俊 黃 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司