[发明专利]图像传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像传感器及其制造方法。

背景技术

图像传感器是一种将光学图像转换成电信号的半导体器件。通常，将图像传感器分为电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化硅(CMOS)图像传感器(CIS)。在现有技术的一种图像传感器中，使用离子注入在衬底中形成光电二极管。为了在不增加芯片尺寸的情况下增加像素的数量，因而不断地减小光电二极管的尺寸，由此使得光接收部的面积减小，最终导致图像质量下降。

此外，由于叠层高度的缩小没有达到光接收部面积减小的那种程度，因此由于光衍射(如众所周知的艾里斑或艾里图案)导致入射到光接收部的光子量也会减少。作为解决这类问题的可选方法，已经尝试使用非结晶硅(Si)来形成光电二极管，并且已经尝试使用诸如晶片-晶片接合(wafer-to-waferbonding)等方法在Si衬底中形成读出电路以及在该读出电路上形成光电二极管(称作“三维(3D)图像传感器”)。光电二极管通过金属线与读出电路连接。然而，当实施晶片-晶片接合时，会在光电二极管中产生缺陷，从而可能产生暗电流。

发明内容

实施例涉及一种图像传感器及其制造方法，其可以增加填充因子(fillfactor)并且减少在接合表面中产生的缺陷。实施例涉及一种图像传感器，其包括：半导体衬底，其上形成有读出电路；层间绝缘层，其包括位于半导体衬底上的下金属线，该下金属线与该读出电路电连接；缓冲绝缘层，其位于层间绝缘层上；下电极，其贯穿缓冲绝缘层，以与下金属线连接；结晶半导体层，其位于缓冲绝缘层上，该结晶半导体层与下电极部分地连接；以及光电二极管，其位于结晶半导体层中。

实施例还涉及一种图像传感器的制造方法，其包括以下步骤：在半导体衬底上形成读出电路；在半导体衬底上形成包括下金属线的层间绝缘层，使得下金属线与读出电路电连接；在载体衬底(carrier substrate)上形成结晶半导体层；在结晶半导体层上形成缓冲绝缘层；在结晶半导体层中形成光电二极管；形成贯穿缓冲绝缘层以与光电二极管连接的下电极；将层间绝缘层与载体衬底的缓冲绝缘层接合(bond)，使得下金属线与下电极电连接；以及除去载体衬底，以露出位于半导体衬底上的光电二极管，其中下电极包括：电极部(electrode section)，其具有第一宽度；和通孔接触件(via contact)，其从电极部延伸并且具有比第一宽度窄的第二宽度，通孔接触件的某些部分插入结晶半导体层中，以及使下电极的电极部与下金属线连接。

附图说明

示例性图1至图9是示出了根据实施例的图像传感器的制造方法的剖视图。

示例性图10是根据实施例的图像传感器的局部示图。

具体实施方式

示例性图9是根据实施例的图像传感器的剖视图，其中该图像传感器包括：半导体衬底100，其上形成有读出电路120；层间绝缘层160，其包括位于半导体衬底100上或上方的下金属线150，其中该下金属线150可以与读出电路120电连接。此外，读出电路120可以包括：缓冲绝缘层210，其位于层间绝缘层160上或上方；下电极240，其贯穿缓冲绝缘层210以与下金属线150连接；结晶半导体层200，其设于缓冲绝缘层210上或上方，该结晶半导体层200与下电极240部分地连接；以及光电二极管220，其位于结晶半导体层200中。

图9的光电二极管220仅是一个实例，可以考虑其它光电二极管，例如，光电二极管220可以具有光电二极管和光电门(photogate)的耦合结构。此外，在上述说明中，光电二极管220形成在结晶半导体层200中，然而光电二极管220也可以选择性地形成在例如非结晶硅层中。

下电极240可以包括：电极部241，其与下金属线150连接并且具有第一宽度D1；和通孔接触件242，其从电极部241向上延伸并且具有比该第一宽度D1窄的第二宽度D2，其中通孔接触件242的某些部分延伸到结晶半导体层200中。半导体衬底100的读出电路120可以包括形成在半导体衬底100中的电结区(electrical junction region)140。

参考示例性图1至图9给出根据实施例的图像传感器的制造方法。参见示例性图1，读出电路120可以形成在半导体衬底100上或上方。此外，与读出电路120连接的下金属线150可以形成在半导体衬底100上或上方。示例性图2是半导体衬底100的局部示图，该半导体衬底100上形成有如图1所示的读出电路120和下金属线150。