CN101388361A - 制造图像传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供制造图像传感器的方法。可以制备具有晶体管的半导体衬底，并且在所述衬底中可以形成质子层。通过对所述半导体衬底进行热处理工艺可以形成氢气层，并且可以除去由所述氢气层限定的所述半导体衬底的底部部分。

Description

制造图像传感器的方法
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119要求2007年9月10日提交的韩国专利申请No.10-2007-0091338的优先权，通过引用将其全部内容并入本文。
背景技术
图像传感器是将光学图像转化为电信号的半导体器件。图像传感器通常分类为电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)。
CMOS图像传感器通常在每个单元像素中包括光电二极管和MOS晶体管从而以切换方式依次检测电信号，由此形成图像。
发明内容
本发明的实施方案提供制造图像传感器的改进的方法。
在一个实施方案中，制造图像传感器的方法可包括：制备包括晶体管的半导体衬底；在该半导体衬底上形成质子层；通过对包括质子层的该半导体衬底进行热处理工艺形成氢气层；和除去半导体衬底的底部部分。该半导体衬底的底部部分可包括氢气层。
附图说明
图1～10是根据本发明一个实施方案的制造图像传感器的方法的横截面图。
具体实施方式
在本发明中使用“上(on)”或“之上(over)”或“上方(above)”时，当涉及层、区域、图案或结构时，应理解为所述层、区域、图案或结构可以直接在另一个层或结构上，或也可存在插入其间的层、区域、图案或结构。在本发明中使用“之下(under)”或“下(below)”时，当涉及层、区域、图案或结构时，理解为所述层、区域、图案或结构可以直接在另一个层或结构下，或也可存在插入其间的层、区域、图案或结构。
以下，将参考附图详细地描述根据本发明实施方案的制造图像传感器的方法。
本发明的描述包括参考互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)进行的描述。然而，本发明的实施方案不限于此。例如，本发明的方法可应用于本领域已知的任何适合的图像传感器，诸如电荷耦合器件(CCD)图像传感器。
图1～10是根据本发明一个实施方案的制造图像传感器的方法的横截面图。
参考图1，可以在半导体衬底10中形成器件隔离层12。半导体衬底10可以是本领域内已知的任何适合的衬底。例如，半导体衬底10可以是高浓度p-型(p++)硅衬底。
在一个实施方案中，可以在半导体衬底10上形成低浓度p-型外延层(未显示)，并在该外延层中形成器件隔离层12。p-型外延层(未显示)可有助于使得光电二极管的耗尽区变得大且深使得光电二极管收集光电荷的能力可得到增强。而且，如果在p++半导体衬底中形成p-型外延层，则电荷可在扩散至相邻单元像素之前复合，由此减少光电荷的无规扩散并使得能够减小光电荷的传输功能的改变。
器件隔离层12可以通过任何本领域中已知的适合的方法形成。在一个实施方案中，器件隔离层12的形成可包括：在半导体衬底10中形成沟槽，通过将离子注入沟槽在沟槽周围形成沟道停止离子注入区域13，并在沟槽中形成绝缘材料。
沟道停止离子注入区域13可以有助于抑制相邻像素之间的串扰或漏电流。
参考图2，可在半导体衬底10上形成栅极25。栅极25可包括栅极氧化物膜22和栅电极24。在一个实施方案中，栅极25可以通过如下形成：在半导体衬底10上形成栅极氧化物层(未显示)，在该栅极氧化物层上形成栅电极层(未显示)，然后图案化该栅极氧化物层和栅电极层以形成栅极25。
栅极氧化物膜22可由本领域已知的任何适合的材料形成，例如氧化物膜。此外，栅极24可由本领域已知的任何适合的材料形成，例如多晶硅层或金属硅化物层。
参考图3，可在半导体衬底10和栅极25上形成第一光刻胶图案26，暴露栅极25的一侧。通过使用第一光刻胶图案26作为离子注入掩模进行第一离子注入工艺可形成第一离子注入层14。
在一个实施方案中，第一离子注入层14可通过注入n-型杂质形成。
参考图4，通过使用第一光刻胶图案26作为离子注入掩模进行第二离子注入工艺可形成第二离子注入层16。
在一个实施方案中，第二离子注入层16可以通过注入p-型杂质形成。因此，P-N结区17可以由第一离子注入层14和第二离子注入层16形成。
在某些实施方案中，可以由P-N结区17和半导体衬底10提供PNP光电二极管。在这些实施方案中，半导体衬底10可以是p-型衬底。
参考图5，可以除去第一光刻胶图案26，可以在半导体衬底10和栅极25上形成第二光刻胶图案27，暴露栅极25的与形成第一离子注入层14和第二离子注入层16的侧面相反的侧面。通过使用第二光刻胶图案27作为离子注入掩模进行第三离子注入工艺可以形成第三离子注入层18。第三离子注入层18可以作为浮置扩散区域。
在一个实施方案中，可以通过以高浓度注入n-型杂质形成第三离子注入层18。
在图像传感器操作期间，在P-N结区17中产生的光电荷可以传输至第三离子注入层18，并且传输至第三离子注入层18的光电荷可以传输至电路单元(未显示)。
参考图6，可以在栅极25的侧壁上形成间隔物28。
可以通过本领域中已知的任何适合的工艺形成间隔物28。在一个实施方案中，可以在半导体衬底10上依次形成氧化物层、氮化物层和氧化物层，以形成氧化物-氮化物-氧化物(ONO)层。可以对ONO层实施蚀刻工艺以形成间隔物28。在一个替代实施方案中，可以形成氧化物-氮化物(ON)层并蚀刻以形成间隔物28。
参考图7，通过进行第四离子注入工艺，可以在半导体衬底10中形成质子层30。
可以使用质子(H+)进行第四离子注入工艺。
可由在第四离子注入工艺期间使用的离子注入能量控制质子层30的深度。
参考图8，可以在包括栅极25以及第一离子注入层14、第二离子注入层16和第三离子注入层18的半导体衬底10上形成金属前电介质(premetal dielectric，PMD)41。可以在金属前电介质41上形成包括导线42的金属布线层40。
参考图9，通过对半导体衬底10进行热处理工艺可形成氢气(H2)层35。
通过对半导体衬底10进行热处理工艺可以将质子层30转化为氢气层35。
此时，可以将质子层30转化为氢气层35，由此使得能够分离半导体衬底10的底部部分。半导体衬底10的底部部分可以包括氢气层35的至少一部分。在一个实施方案中，半导体衬底10的底部部分可以包括氢气层35的至少大部分。在另一个实施方案中，半导体衬底10的底部部分可以包括约全部的氢气层35。在仍另一个实施方案中，半导体衬底的底部部分可以包括整个氢气层35。
根据质子层30的形成深度可以控制半导体衬底10的分离部分的厚度，通过在第四离子注入工艺期间使用的离子注入能量可以控制质子层30的形成深度。
即，半导体衬底10的可分离的底部部分的厚度可以通过在第四离子注入工艺期间使用的离子注入能量控制。
参考图10，在半导体衬底10的背面上可以形成滤色器阵列52。
在对应于光接收区的单元像素的区域中可以形成滤色器阵列52。滤色器阵列52可以通过形成滤色器层(未显示)和图案化所述滤色器层形成。
由于可以在半导体衬底10的背面上形成滤色器阵列52，所以光可以从半导体衬底10中的光电二极管17的下面进入。
虽然未显示，但是在一个实施方案中，在滤色器阵列52之上或之下可以形成微型透镜和用于保护所述微型透镜的微型透镜保护层。
根据本发明的实施方案，可以分离并除去半导体衬底10的底部或背面部分，使得能够改善图像传感器的灵敏度。
在本说明书中对“一个实施方案”、“实施方案”、“示例性实施方案”等的任何描述，表示结合该实施方案描述的具体特征、结构或性能包括于本发明的至少一个实施方案中。在说明书不同地方出现的这些术语不必都涉及相同的实施方案。另外，当结合任何实施方案描述具体特征、结构或性能时，认为将这些特征、结构或性能与其它的实施方案相关联在本领域技术人员的范围之内。
尽管已经参考许多说明性实施方案描述了本发明的实施方案，但是应理解本领域技术人员可以知道很多其它的改变和实施方案，这些也在本公开原理的精神和范围内。更具体地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内在对象组合布置的构件和/或布置中可能具有不同的变化和改变。除构件和/或布置的变化和改变之外，对本领域技术人员而言可替代的用途会是明显的。

Claims (16)

1.一种制造图像传感器的方法，包括:
制备包括晶体管的半导体衬底；
在所述半导体衬底中形成质子层；
通过对包括所述质子层的所述半导体衬底进行热处理工艺形成氢气层；和
除去所述半导体衬底的底部部分，其中所述底部部分包括所述氢气层的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括:
在除去所述半导体衬底的所述底部部分之后，在所述半导体衬底的背面上形成滤色器阵列。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述半导体衬底的制备包括在所述衬底中在所述晶体管侧形成光电二极管，其中所述滤色器阵列的滤色器形成为对应于所述光电二极管。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括在除去所述半导体衬底的所述底部部分之后，在所述半导体衬底的所述背面上形成微型透镜。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括在除去所述半导体衬底的所述底部部分之后，在所述半导体衬底的所述背面上形成用于保护所述微型透镜的保护层。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述半导体衬底的制备包括:
在所述半导体衬底中形成器件隔离层；
在所述半导体衬底上形成栅极；
在所述半导体衬底中在所述栅极的第一侧面形成P-N结区；和
在所述半导体衬底中在所述栅极的第二侧面形成扩散区。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述器件隔离层的形成包括:
在所述半导体衬底中形成沟槽；和
在所述沟槽中沉积绝缘材料。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括:在所述沟槽中沉积所述绝缘材料之前，通过在所述沟槽中注入离子形成沟道停止离子注入区域。
9.根据权利要求1所述的方法，其中进行所述热处理工艺将所述质子层的至少一部分转化为所述氢气层。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述半导体衬底上形成金属布线层。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述质子层的形成包括对所述半导体衬底进行离子注入工艺。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述离子注入工艺的进行包括将质子注入所述半导体衬底中。
13.根据权利要求11所述的方法，其中通过在所述离子注入工艺期间使用的离子注入能量控制在所述半导体衬底中的所述质子层的深度。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述半导体衬底的所述底部部分包括所述氢气层的至少大部分。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述半导体衬底的所述底部部分包括约全部的所述氢气层。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述半导体衬底的所述底部部分包括所述氢气层。
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