专利名称：图像传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体装置领域，尤其涉及图像传感器及其制造方法。
背景技术：
图像传感器是用于将光学图像转换为电信号的半导体装置。图像传感
器通常可以分为电荷耦合器件(CCD, charge coupled device)图像传感器或者互补金属氧化物半导体(CMOS, complementary metal oxidesemiconductor)图寸象传感器(CIS, CMOS image sensor )。
CIS包括以单位像素形成的光电二极管和MOS晶体管，并且通过以开关的方式顺序检测多个单位像素的电信号来获得图像。
在相关技术的CIS结构中，光电二极管和晶体管是水平排列的。
尽管相关技术的水平式CIS已经解决了 CCD图像传感器的某些局限性，但是它仍然存在几个问题。
在根据相关技术的水平式CIS中，光电二极管和晶体管彼此相邻水平地形成于基片上。因此，需要用于形成光电二极管的附加区域，这可能降低填充因数(fillfactor)并且限制可能的分辨率。
此外，在根据相关技术的水平式cis中，m难实现同时形成光电二
极管和晶体管的最佳工艺。也就是说，在快速晶体管工艺中需要浅结来满足低薄层电阻(sheet resistance )，但是这样的浅结不适合光电二极管。
另外，在根据相关技术的水平式CIS中，对图像传感器加入了另外的片上(on-chip)功能，因此应当增加单位像素的尺寸以保持图像传感器的灵凝:度，或者应当减小用于光电二极管的区域以保持像素的尺寸。然而，当像素尺寸增加时，图《象传感器的分辨率降低；而当光电二极管的面积减小时，图像传感器的灵^:度变差。
发明内容
本发明的实施例涉及一种图像传感器及其制造方法，其提供电路和光电二极管的新的集成。
本发明的实施例涉及一种图像传感器及其制造方法，其增强分辨率和灵敏度。
本发明的实施例涉及一种图像传感器及其制造方法，其使用竖直式光电二极管以增强竖直式光电二极管和电珞之间的物理接触和电接触。
本发明的实施例涉及一种图像传感器及其制造方法，其使用竖直式光电二极管以减少光电二极管中缺陷的产生。
根据本发明的实施例的图像传感器可以包括第一基片，在其上形成包括金属互连部分的电路；在第一基片上的非晶体层，所述非晶体层与金属互连部分接触；以及光电二极管，在晶体半导体层中并与第一基片接合，所述光电二极管与非晶体层接触并且电连接到与金属互连部分。
根据本发明的实施例的图像传感器的制造方法可以包括制备第一基片，在其上形成包括金属互连部分的电路；在第一基片上形成非晶体层，所述非晶体层与金属互连部分接触；制备第二基片，在其上形成光电二极管；将第一和第二基片彼此掩^以使光电二极管与非晶体层接触；以及去除^的第二基片的一部分以露出光电二极管。
图1到图9示出根据本发明的实施例的图像传感器和图4象传感器的制造方法。
具体实施例方式
参考附图详细描述根据实施例的图像传感器和图像传感器的制造方法。
在实施例的描述中，应当理解，当将层(或膜)称作在另一层或基片"上"时，该层可以直接在另一层或基片上，或者还可以存在介入层。此外，应当理解，当将层称作在另一层"下方"时，该层可以直接在另一层下方，或者还可以存在一个或更多个介入层。另外，还应当理解，当将层称作在两层"之间"时，该层可以是两层之间的唯一层，或者还可以存在一个或更多个介入层。图l示出了根据实施例的图像传感器的截面图。
参考图1，根据实施例的图像传感器可以包括第一基片100，之上形成包括金属互连部分110的电路(未示出)；布置在第一基片100上的非晶体层120;以及与非晶体层120接触的光电二极管210。
非晶体层120可以包含与其中形成光电二极管210的晶体半导体层210a(参见图4)相同的元素。其结果是，因为根据实施例的图像传感器使用竖直式光电二极管，并且在光电二极管和电路之间包括包含与光电二极管相同的元素的非晶体层，所以可以改善光电二极管和电漆t间的物理接触和电接触。
例如，在该元素是珪、从而其中形成光电二极管的晶体半导体层由晶体硅制成、非晶体硅层由非晶体硅制成的情况下，通过Si-Si键接可以增加第一和第二基片100和200之间的掩^力。
在另一个实施例中，非晶体层120可以包括高浓度第一传导类型非晶体珪层。例如，可以用N型杂质对非晶体层120进行重掺杂，从而可以增加第一基片IOO和第二基片200 (参见图4)之间的接触力，还可以实现欧姆接触。
在一些实施例中，非晶体层120被形成为具有从大约IOOA到大约l，OOOA的范围的厚度，从而非晶体层120可以适当地作为第一基片100与第二基片200之间的耦合层和欧姆接触层。
在实施例中，晶体半导体层210a可以是、但不限于单晶体半导体层。例如，晶体半导体层210a可以是多晶体半导体层。
尽管没有示出第一基片100的电路，但是本发明的实施例^^易应用于1 Tr CIS、 3 Tr CIS、 5 Tr CIS或者1.5 Tr CIS (即晶体管共享CIS(transistor sharing CIS))结构以及4 Tr CIS结构。
此夕卜，第一基片100上的金属互连部分110可以包括多个金属层和插头。金属互连部分IIO的最上层部分可以作为光电二极管的下电极。
光电二极管210可以包括形成于晶体半导体层210a (参见图4)中的第一传导类型传导层214和形成于晶体半导体层210a中的第二传导类型传导层216。例如，光电二敗管210可以包括、但不限于形成于晶体半导体层210a中的低浓度N型传导层214和形成于晶体半导体层210a中的高浓度P型传导层216。然而，本发明的实施例不限于此。例如，第一传导类型可以是P型而不是N型。在其它实施例中，可以在光电二极管210上进一步形成顶部金属(未 示出)和滤色器。
可以通过在像素边界处布置在晶体半导体层和非晶体层中的电介质 (未示出)针对每一个像素将光电二极管210分开。
图2到图9示出了根据实施例的图像传感器的制造方法。
参考图2，可以设置第一基片100，在其上形成金属互连部分110和 电路(未示出)。电路可以是适合CIS的任何电路。例如，电路可以是、 但不限于4TrCIS结构。
金属互连部分110可以包括多个金属层和插头。
参考图3，可以在第一基片100上形成与金属互连部分110接触的非 晶体层120。
这里，非晶体层120可以包含与其中形成光电二极管210的晶体半导 体层210a(参见图4)相同的元素。其结果是，因为根据实施例的图像传 感器使用竖直式光电二极管，并且在光电二极管和电珞之间包括包含与光 电二极管相同的元素的非晶体层，所以能够改善光电二极管和电路之间的 物理接触和电接触。
例如，在该元素是砝、从而形成光电二极管的晶体半导体层由晶体硅 制成、非晶体硅层由非晶体珪制成的情况下，通过Si-Si键接可以增加第 一和第二基片100和200之间的掩^力。
才艮据一些实施例，通过注入高浓度的第一传导类型杂质离子，可以在 非晶体层120中形成高浓度第一传导类型非晶体层。例如，可以通过向非 晶体层120掺入高浓度N+杂质离子来形成高浓度N+非晶体层120。因此， 第一基片IOO和第二基片200之间的接触力增大，还可以实现欧姆接触。
在实施例中，非晶体层120可以被形成为具有从大约IOOA到大约 l，OOOA的范围的厚度，从而非晶体层120可以适当地作为第一基片100 与第二基片200之间的耦合层和欧姆接触层。
参考图4，可以在第二基片200上形成晶体半导体层210a。因为光电 二极管形成在晶体半导体层210a中，所以可以防止在光电二极管内部产 生缺陷。
在实施例中，可以通过外延生长法在第二基片200上形成晶体半导体 层210a。之后，将氢离子注入第二基片200和晶体半导体层210a之间的界面以形成氢离子注入层207a。
参考图5，可以将杂质离子注入晶体半导体层210a以形成光电二极 管210。
例如，可以在晶体半导体层210a的下部形成第二传导类型传导层
216。
例如，第二传导类型传导层216可以是高浓度P型传导层。可以通 过在不使用掩模的情况下在第二基片200的整个表面上进行第一趙式离 子注入在晶体半导体层的下部形成高浓度P型传导层216。例如，第二传 导类型传导层212可以被形成为具有小于大约0.5jmi的结深度。
之后，可以在第二传导类型传导层216上形成第一传导类型传导层 214。这里，第一传导类型传导层214可以^1低浓度N型传导层。例如， 可以通过在不使用掩模的情况下在第二基片200的整个表面上进行第二 毯式离子注入在第二传导类型传导层216上形成第一传导类型传导层 214。可以以从大约l.Opm到大约2.0pm的范围的结深度形成低浓度第一 传导类型传导层214。
接下来，参考图6，第一基片IOO和第二基片200彼此^，使得光 电二极管210接触非晶体层120。例如，通过使第一基片IOO和第二基片 200相互接触、然后进行等离子体活化使M表面的表面能量增大来进行 齡。
然后，参考图7，通过对第二基片200进行热处理可以将氢离子注入 层207a改变为氢气层207。
之后，参考图8，然后可以将第二基片200的一部分去除，保留氢气 层下方的光电二极管210，从而使光电二极管210露出。
接下来，参考图9，进行刻蚀处理，以便针对每个单位像素分离光电 二极管210。然后，可以用电^h质填充蚀刻的部分。
之后，可以执行用于形成上电极(未示出)和滤色器(未示出)的处理。
根据实施例的图像传感器及其制造方法可以提供电路和光电二极管 的竖直式集成。
此外，根据实施例的图像传感器使用竖直式光电二极管，并且在光电 二极管和电路之间插入包含与光电二极管相同的元素的非晶体层，从而能够改善光电二极管与电漆t间的物理接触和电接触。
另夕卜，根据实施例，因为图像传感器使用竖直式光电二统管，其中光 电二极管位于电路上方并且光电二极管形成在晶体半导体层中，因此可以
减少光电二极管内部缺陷的产生。
尽管本发明的实施例主要涉及互^险属氧化物半导体(CMOS )图像
传感器，但是这些实施例不限于此，这些实施例可以容易地应用于任何需 要光电二极管的图像传感器。
尽管这里描述了本发明的实施例，但M当理解，本领域技术人员可 以设计落入本发明的原理的构思和范围内的大量其它变形例和实施例。具 体地，可以在说明、附图和所附权利要求的范围内对主组合配置的组成部 件和/或配置进行各种变化和变形。除了组成部件和/或配置的变化和变形 之外，可选用途对于本领域技术人员也是明显的。
权利要求
1. 一种图像传感器，包括第一基片，在其上形成包括金属互连部分的电路；在第一基片上的非晶体层，所述非晶体层与金属互连部分接触；以及光电二极管，在晶体半导体层中并与第一基片接合，所述光电二极管与非晶体层接触并且电连接到与金属互连部分。
2. 根据权利要求1所述的图像传感器，其中非晶体层包括与晶体半 导体层相同的元素。
3. 根据权利要求2所述的图像传感器，其中所^L素是硅。
4. 根据权利要求2所述的图像传感器，其中非晶体层包括第一传导 类型非晶体层。
5. 根据权利要求4所述的图像传感器，其中非晶体层具有大约100A 到大约1,000A的范围内的厚度。
6. 根据权利要求1所述的图像传感器，其中非晶体层包括第一传导 类型非晶体层。
7. 根据权利要求6所述的图像传感器，其中非晶体层具有大约100A 到大约1，000A的范围内的厚度。
8. —种制造图像传感器的方法，所述方法包括制备第一基片，在其上形成包括金属互连部分的电路； 在第一基片上形成非晶体层，所述非晶体层与金属互连部分接触； 制备第二基片，在其上形成光电二极管；将第一和第二基片彼此接合以使光电二极管与非晶体层接触；以及 去除^的第二基片的一部分以露出光电二极管。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中在第一基片上形成非晶体层包 括形成包含与晶体半导体层相同的元素的非晶体层。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述元素是硅。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中在第一基片上形成非晶体层 包括在第一基片上沉积非晶体珪层；以及将第一传导类型杂质离子注入到非晶体硅层中以形成第一传导类型 非晶体硅层。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中在第一基片上沉积非晶体珪 层包括将非晶体硅层形成为具有大约iooA到大约i，oooA的范围内的厚 度。
13. 根据权利要求7所述的方法，其中在第一基片上形成非晶体层包括在第一基片上沉积非晶体层；以及将第一传导类型杂质离子注入到非晶体层中以形成第一传导类型非 晶体层。
14. 根据权利要求9所述的方法，其中沉积非晶体层包括将非晶体层形成为具有大约iooA到大约i，oooA的范围内的厚度。
全文摘要
本发明公开了一种图像传感器及其制造方法。图像传感器可以包括第一基片、非晶体层和光电二极管。可以在第一基片上形成包括金属互连部分的电路。非晶体层布置在第一基片上方并且与金属互连部分接触。光电二极管可以在晶体半导体层中形成并且与第一基片接合，从而光电二极管与非晶体层接触并且电连接到金属互连部分。
文档编号H04N5/369GK101483183SQ200810186540
公开日2009年7月15日 申请日期2008年12月25日 优先权日2008年1月7日
发明者俊 黄 申请人:东部高科股份有限公司