CN112424906B - 背照式传感器及制造传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种用于电子或短波长光的图像传感器，其包含半导体薄膜、在所述半导体薄膜的表面上形成的电路元件及所述半导体薄膜的另一表面上的纯硼层。所述电路元件由包括耐火金属的金属互连件连接。抗反射或保护层可在所述纯硼层的顶部上形成。此图像传感器即使以高通量连续使用多年也具有高效率及良好稳定性。所述图像传感器可使用CCD(电荷耦合装置)或CMOS(互补金属氧化物半导体)技术来制造。所述图像传感器可为二维区域传感器或一维阵列传感器。

Description

背照式传感器及制造传感器的方法
交叉参考
本申请案主张2019年5月23日申请的名称为“背照式传感器及制造传感器的方法(BACK-ILLUMINATED SENSOR AND A METHOD OF MANUFACTURING A SENSOR)”的美国专利申请案16/421,212的优先权，所述申请案主张2018年6月18日申请且以引用的方式并入本文中的名称为“背照式传感器及制造传感器的方法(BACK-ILLUMINATED SENSOR AND AMETHOD OF MANUFACTURING A SENSOR)”的美国临时专利申请案62/686,667的优先权。
技术领域
本申请案涉及适合于感测深UV(DUV)及真空UV(VUV)波长的辐射的图像传感器及制造此类图像传感器的方法。此类传感器适合用于光掩模、光罩或晶片检验系统中及用于其它应用。
背景技术
以下描述和实例并非由于其包含在这段落中而被承认为现有技术。
集成电路产业需要具有越来越高分辨率的检验工具来分辨集成电路、光掩模、光罩、太阳能电池、电荷耦合装置等等的越来越小特征及检测其大小约为或小于所述特征大小的缺陷。
在许多情况中，以短波长(例如短于约250nm的波长)操作的检验系统可提供此分辨率。具体来说，可期望光掩模或光罩检验使用与将用于光刻的波长相同或接近(即，接近当代光刻的193.4nm及接近未来EUV光刻的13.5nm)的波长来检验，因为由图案引起的检验光的相移将与光刻期间所引起的相移相同或非常类似。为检验半导体图案化晶片，在相对宽波长范围(例如包含近UV、DUV及/或VUV范围内的波长的波长范围)内操作的检验系统可较为有利，因为宽波长范围可减小对层厚度或图案尺寸的小改变(其会引起个别波长的大反射率改变)的敏感度。
为检测光掩模、光罩及半导体晶片上的小缺陷或粒子，需要高信噪比。需要高光子通量密度来确保高速检验时的高信噪比，因为检测光子数目的统计波动(泊松(Poisson)噪声)是信噪比的基本限制。在许多情况中，每像素需要约100,000个或更多个光子。因为检验系统通常每天24小时在用且仅具有短暂停止，所以在仅数月操作后传感器被暴露于大剂量辐射。
具有250nm的真空波长的光子具有约5eV的能量。二氧化硅的能带隙为约10eV。尽管此类波长光子看似无法由二氧化硅吸收，但是生长于硅表面上的二氧化硅在与硅的界面处必须具有一些悬键，因为二氧化硅结构无法完美匹配硅晶体的结构。此外，因为单个二氧化物是非晶的，所以材料内也可能存在一些悬键。实际上，在氧化物内及与底层半导体的界面处将存在可吸收具有DUV波长的光子(尤其是波长短于约220nm的光子)的不可忽略密度的缺陷及杂质。此外，在高辐射通量密度下，两个高能光子可在非常短时间间隔(数纳秒或数皮秒)内到达相同位置附近，此可导致电子因两个快速连续吸收事件或双光子吸收而激发到二氧化硅的导带。
用于检验、计量及相关应用的传感器的另一要求是高敏感度。如上文所解释，需要高信噪比。如果传感器无法将大部分入射光子转换成信号，那么将需要比具有更高效传感器的检验或计量系统更高强度的光源来维持相同检验或测量速度。较高强度光源将使光学仪器及受检验或测量样品暴露于较高光强度以可能引起随时间损坏或劣化。较高强度光源也更昂贵，或尤其无法用于DUV及VUV波长。
DUV及VUV波长由硅强烈吸收。此类波长可主要吸收于硅的表面的约10nm或数十nm内。以DUV或VUV波长操作的传感器的效率取决于在电子重组前由所吸收的光子产生的电子可被收集多少。二氧化硅可与硅形成具有低缺陷密度的高质量界面。大多数其它材料(包含许多常用于抗反射涂层的材料)如果直接沉积在硅上，那么导致硅的表面处的非常高密度电缺陷。对希望以可见波长操作的传感器来说，硅的表面上的高密度电缺陷可能不是问题，因为此类波长通常可在被吸收前行进到硅中约100nm或更多且因此几乎不受硅表面上的电缺陷影响。但是，DUV及VUV波长在硅表面接近处被吸收，使得表面上及/或带电捕获在表面上的(若干)层内的电缺陷可导致所产生的大部分电子在硅表面处或硅表面附近重组而损失以导致低效率传感器。
彻恩(Chern)等人的两个美国专利案9,496,425及9,818,887描述图像传感器结构及制造图像传感器的方法，图像传感器包含沉积在图像传感器的至少暴露后表面上的硼层。揭示用于沉积硼的不同温度范围，其包含约400℃到约450℃的范围及约700℃到约800℃的范围。发明人已发现，硼的较高沉积温度(例如约600℃到约900℃之间的沉积温度)的优点在于：在此类温度下，硼扩散到硅中以在光敏后表面上提供非常薄的重p型掺杂硅层。此p型掺杂硅层对确保DUV及VUV辐射的高量子效率来说是很重要的，因为其在表面附近产生使电子加速远离表面而到硅层中的静电场。p型硅也增加硅的后表面的导电性，其对图像传感器的高速操作来说是很重要的，因为由传感器的前表面上的电极上的信号切换诱发的接地电流需要返回路径。
但是，高于450℃的处理温度无法用于包含常规CMOS电路的半导体晶片上，因为450℃接近熔点金属，例如常用于制造CMOS装置的铝及铜。在高温(例如高于450℃的温度)处，这些金属膨胀，变软，且会分层。此外，在高温处，铜易于扩散通过硅，其将修改CMOS电路的电性质。在任何金属沉积在其上前薄化晶片允许硼层在600℃到900℃之间的温度下沉积在后表面上(如以下专利中所描述)以使硼能够在硼层的沉积期间或硼层的沉积后扩散到表面中。随后，可在前表面上形成金属互连件。在已将晶片的图像传感器区薄化到(例如)约25μm或更薄的厚度后，薄化区会明显翘曲且可能具有多达数十微米或更大的峰谷不平坦度。因此，需要使用相对较宽金属互连线及通孔(例如数微米宽或更大)来确保线及通孔连接，不管由不平坦度引起的错位如何。此类宽金属互连件及通孔增大与所述线及通孔相关联的每单位面积电容。此外，宽互连件及通孔可能难以或无法使大面积传感器上的所有信号与约100万或更多个像素互连。在一些情况中，可能需要多晶硅跳线来将金属互连件连接在一起，但多晶硅具有比任何金属高得多的电阻率，因此，使用此类跳线可限制传感器的最大操作速度。
因此，需要能够在无劣化但克服一些或所有上述缺点的情况下高效率检测高能光子的图像传感器。特定来说，制造在其后表面上具有硼层及硼掺杂的背薄化图像传感器同时允许在相对较平坦晶片(即，具有约10μm或更小的平坦度)上形成金属互连件的方法将允许使用较精细设计规则(例如对应于0.35μm工艺或更精细的设计规则)。此方法将允许较窄金属线连接到临界特征(例如浮动扩散区)以实现较小浮动扩散电容及较高电荷到电压转换比。较精细设计规则也允许传感器的每单位面积更多互连线且允许更灵活连接图像传感器上的电路。
发明内容
本发明描述用于使DUV及/或VUV成像的具有高量子效率的图像传感器及制造图像传感器的方法。这些图像传感器能够在DUV及VUV辐射的高通量下长寿命操作。这些方法包含在半导体(优选为硅)晶片上的层中形成光敏有源及/或无源电路元件及在所述传感器的电元件之间形成金属互连的工艺步骤。这些图像传感器可包含精细金属互连件及通孔(例如符合约0.35μm或更精细设计规则的金属互连件及通孔)，同时具有涂覆有硼层的背侧表面且具有紧邻所述硼层的高度掺杂p型硅层。所述金属互连可包括钨、钼或其它耐火(即，高熔点)金属。在一个实施例中，所述金属互连可仅由耐火金属组成。在一个实施例中，用于形成所述金属互连的所述沉积工艺可经配置以减小所述金属层内的应力。在一个实施例中，包括铝或铜的额外金属互连可添加在包括所述耐火金属的金属互连件的顶部上且连接到所述金属互连。
一种制造图像传感器的示范性方法包含：在衬底上形成外延层；在所述外延层上形成栅极层，所述栅极层包括一或多层电介质材料，例如二氧化硅及氮化硅；在包括多晶硅及电介质材料的所述栅极层上形成电路元件；形成第一金属通孔及第一金属互连件以将至少一些所述电路元件连接在一起；使所述衬底薄化以暴露所述外延层的至少部分(所述暴露外延层在本文中指称半导体薄膜)；在所述外延层的所述暴露部分上直接形成纯硼层；在形成所述硼层期间及/或形成所述硼层后使硼扩散到所述外延层中；及任选地在所述硼层的所述表面上直接形成一或多个抗反射层。如本文中所使用，词组“电路元件”是指光敏装置(例如电荷耦合装置及光电二极管)、其它半导体装置(例如晶体管、二极管、电阻器及电容器)及其之间的电互连(通常称为互连件)。使用包含(但不限于)光刻、沉积、蚀刻、离子植入及退火的标准半导体制造工艺来形成这些电路元件。所述第一金属互连件包括例如钨或钼的耐火金属。可使用离子蚀刻、化学蚀刻及/或抛光来执行样品(例如晶片)薄化。值得注意的是，此薄化可提高所述图像传感器对照射所述后表面的光的敏感度。抗反射涂层可形成在所述硼层上。所述方法可进一步包含在形成所述纯硼层后形成位于所述第一互连件的顶部上且连接到所述第一互连件的一或多个额外互连层。所述额外互连层可包括例如铝或铜的金属，因为这些层无需暴露于大于约450℃的温度。可遵循对应于1μm工艺或更粗糙的设计规则来制造所述额外互连层，使得其可形成在可具有10μm或更大不平坦度的表面上。
制造图像传感器的另一方法包含：在衬底上形成外延层，接着在所述外延层上形成电路元件。此步骤包含形成金属互连件。所述金属互连件可包括例如钨及钼的耐火金属或可完全由所述耐火金属组成。保护层可形成在所述电路元件上。处置晶片可接合到包含所述电路元件的所述表面。接着，薄化所述衬底以暴露所述外延层的至少部分。如上文所指示，此薄化可提高所述图像传感器对照射所述后表面的光的敏感度。纯硼层形成在所述薄化工艺中所暴露的所述外延层的表面上。所述纯硼层可以高于600℃的温度沉积或可在沉积后升高到高于600℃的温度以引起硼扩散到所述外延层中。抗反射涂层可形成在所述硼层上。
本发明描述用于DUV及/或VUV辐射的具有高量子效率及长寿命操作的图像传感器。这些图像传感器从所述背侧表面薄化，使得其对照射所述图像传感器的所述背侧表面的辐射高度敏感(其中这些图像传感器是背照式)。所述图像传感器包含第一金属互连件，其包括例如钨及钼的耐火金属或完全由所述耐火金属组成。薄(例如约2nm到约20nm之间厚)层高纯度非晶硼直接沉积在所述外延层的所述后表面上。在一个实施例中，一或多个额外材料层可涂覆在所述硼上。每一层的所述厚度及材料可经选择以增加关注波长透射到所述图像传感器中及/或保护所述硼层免受损坏。在一个实施例中，第二金属互连件可形成在所述第一金属互连件的顶部上且连接到所述第一金属互连件。所述第二金属互连件可包括铝及铜中的一者，且可根据1μm或更粗糙设计规则来布置。
可使用CCD(电荷耦合装置)或CMOS(互补金属氧化物半导体)技术来制造本文中所描述的所述图像传感器。所述图像传感器可为二维区域传感器或一维阵列传感器。
附图说明
图1是展示根据本发明所产生的示范性图像传感器的横截面图。
图2及3说明用于制造图像传感器的示范性方法。
图4A到4I说明经受参考图2及3所描述的方法的晶片的示范性横截面。
图5说明并入图像传感器、硅中介层及其它电子器件的示范性检测器组合件。
具体实施方式
图1是描绘根据本发明的示范性实施例的图像传感器100的部分的横截面侧视图，图像传感器100经配置以感测深紫外线(DUV)辐射、真空紫外线(VUV)辐射、极紫外线(EUV)辐射或带电粒子。图像传感器100包含形成在半导体薄膜101的上(第一)表面101U上的电路元件103、放置在电路元件103上方的电介质材料层112中的第一金属互连件110及形成在半导体薄膜101的下(第二)表面101L上的纯硼层106。
在一个实施例中，半导体薄膜101包括一层轻p掺杂外延硅，其具有10μm到40μm的范围内的厚度T1及约1013cm-3到1014cm-3的范围内的p型(硼)掺杂剂浓度。
电路元件103包含形成在半导体薄膜101的上(第一)表面101U上(即，形成到半导体薄膜101的上(第一)表面101U中及半导体薄膜101的上(第一)表面101U上方)的传感器装置(例如光敏装置，例如光电二极管)及相关联控制晶体管。在所描绘的示范性实施例中，电路元件103包含从上表面101U延伸到半导体薄膜101的对应部分中之间隔开的n+掺杂扩散区103-11、103-12及103-13及分别通过中介栅极氧化层来与上表面101U分离的多晶硅栅极结构103-21及103-22。形成电路元件103的扩散区与栅极结构的描绘配置仅用于描述示范性电路元件结构且不希望表示功能传感器装置或限制所附权利要求书。
在一个实施例中，使用下文将描述的技术来形成纯硼层106，使得纯硼层106具有2nm到20nm的范围内的厚度T2。在一个实施例中，纯硼层106包括80％或更高的硼浓度，其中相互扩散的硅原子及氧原子主要构成剩余20％或更低。
根据第一方面，图像传感器100包含从下表面101L延伸到半导体薄膜101中的重p掺杂区102(即，使得p掺杂区102紧邻纯硼层106放置)。在一个实施例中，p掺杂区102是通过在形成纯硼层106期间或形成纯硼层106后实时扩散硼原子穿过下表面101L来形成的掺硼区。优选地，p掺杂区102应具有紧邻下表面101L的最大掺杂剂浓度，其中掺杂剂浓度随远离下表面101L进入半导体薄膜101的距离而减小。在示范性实施例中，p掺杂区102具有紧邻下表面101L的大于1019cm-3的标称p型掺杂浓度且在远离所述下表面10nm到50nm之间的距离内减小到类似于半导体薄膜101的掺杂剂浓度的掺杂剂浓度(例如1013cm-3到1014cm-3的范围内的掺杂剂浓度)。
根据第二方面，由于下文将澄清的原因，第一金属互连件110及对应第一金属通孔115包括耐火金属(例如钨及钼中的一或两者)。在示范性实施例中，第一金属互连件包含分别形成为三个金属化工艺M1、M2及M3的部分的金属线110-1、110-2及110-3，其也包括形成第一金属通孔115，使得第一金属互连件110电连接到电路元件103的相关联部分。第一金属互连件110及第一金属通孔115的配置是出于说明目的而任意描绘且不希望限制(例如，第一金属互连件110可形成在任何数目个金属层中)。
在另一特定实施例中，任选抗反射涂层108沉积在纯硼层106的下(向外)表面106L上，且纯硼层106的厚度T2是在3nm到10nm的范围内。
在一个实施例中，图像传感器100包含任选保护层104，其形成在电介质层112上方，使得(第一)金属互连件110完全放置在保护层104与半导体薄膜101之间。在替代实施例中，保护层104由处置晶片(例如单晶硅或玻璃)的部分实施或由附接/形成在电介质层112上方的一层保护材料(例如二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅)实施。在一个实施例中，保护层104具有0.5μm到3μm的范围内的厚度。在其它实施例中，完全省略保护层104。
在一个实施例中，一或多个第二金属互连件120形成在第二电介质层122中，第二金属互连件120位于第一金属互连件110上方且通过第二金属通孔来耦合到电路元件103。例如，第二金属互连件120-1通过第二金属通孔125-1来直接连接到电路元件103的部分，且第二金属互连件120-2通过第二金属通孔125-2及第一金属互连件110-2来电连接到电路元件103。在一个实施例中，第二金属互连件120包括铝及铜中的至少一者。在一个实施例中，第二金属互连件120放置在保护层104上方，且第二金属通孔125-1及125-2延伸穿过保护层104。
图2及3说明用于制造图像传感器的示范性技术200。在此实施例中，可在步骤201中使用包含光刻、沉积、离子植入、退火及蚀刻的标准半导体处理步骤来产生电路元件。在一个实施例中，也可在步骤201中产生CCD及/或CMOS传感器元件及装置。这些电路元件产生在晶片的前侧表面上的外延(epi)层中。在优选实施例中，外延层约10μm到约40μm厚。外延层经轻p掺杂(p-)。在一个实施例中，外延层电阻率是在约10Ωcm到约1000Ωcm之间。在步骤201中使用钨、钼或其它耐火金属来产生第一金属互连件，使得金属互连件可在后续步骤中(特定来说，在步骤209及/或211中)耐受高温(例如高于约600℃的温度)。优选地，第一金属互连件的组合物及用于沉积所述互连件的工艺可经选择以减小金属中的应力。例如，施密茨(Schmitz)等人在“化学气相沉积钨薄膜的应力对沉积参数的依赖关系(TheDependence of the Stress of Chemical Vapor Deposited Tungsten Films onDeposition Parameters)”(《电化学学会杂志》(J.Electrochem.Soc.)，141，第843到848页(1994年))中描述用于沉积减小应力钨的沉积工艺。此文献以引用的方式并入本文中。
在步骤203中，可保护晶片的前侧表面。此保护可包含沉积一或多个保护层在步骤201期间所形成的电路元件的顶部上。一或多个保护层可包括二氧化硅、氮化硅或其它材料。此保护也可或代以包含将晶片附接到处置晶片，例如硅晶片、石英晶片或由其它材料制成的晶片。处置晶片可包含用于连接到电路元件的通孔，其包括例如钨或钼的耐火金属。
步骤205涉及从背侧薄化晶片以暴露(至少)有源传感器区中的外延层。此步骤可涉及抛光、蚀刻或两者。在一些实施例中，背薄化整个晶片。在其它实施例中，仅将有源传感器区直薄化到外延层。
步骤207包含在硼沉积前清洁及制备背侧表面。在此清洁期间，应从背侧表面移除原生氧化物及包含有机物及金属的任何污染物。在一个实施例中，可使用稀释HF溶液或使用RCA清洁工艺来执行此清洁。在清洁后且在制备期间，可使用马氏(Marangoni)干燥技术或类似技术来干燥晶片以使表面干燥且无水痕。
在优选实施例中，在步骤207与209之间(使用(例如)干燥氮气)在受控气氛中保护晶片以最小化清洁后的原生氧化物再生长。
在步骤209中，在晶片的背侧表面上沉积硼。在一个优选实施例中，可在约600℃到约900℃的温度下使用乙硼烷及氢气的混合物来完成此沉积以借此产生高纯度非晶硼层。在替代实施例中，可使用以氮气稀释的乙硼烷或乙硼烷-氢气混合物来完成沉积。沉积硼层的厚度取决于传感器的预期应用。通常，硼层厚度将在约2nm到约20nm之间，优选地在约3nm到约10nm之间。根据无针孔均匀膜的要求来设定最小厚度，而最大厚度取决于硼对光子或关注带电粒子的吸收及晶片可耐高温的最大时长。
在步骤209中，晶片可在还原环境(例如氢气)中保持数分钟高温。在优选实施例中，晶片可在约800℃到约850℃的温度下保持约1分钟到约4分钟。此高温可移除可能在步骤207后再生长的任何原生氧化层。
关于硼沉积的更多细节可见于萨鲁比(Sarubbi)等人的“将硼层化学气相沉积到硅上以用于受控纳米深p+-n结形成(Chemical vapor deposition of a-boron layers onsilicon for controlled nanometer-deep p+-n junction formation)”(《电子材料杂志》(J.Electron.Material)，第39卷，第162到173页，2010年)中，其以引用的方式并入本文中。
在步骤211中，使晶片保持高温(例如约600℃到约900℃之间的温度)数分钟(例如约1分钟到约10分钟之间的时间)以允许硼扩散到外延层的表面中(例如，借此仅在薄膜101的表面101L内形成掺硼区(掺杂层)102)。步骤211中所使用的温度可类似于或高于209中用于沉积硼层的温度。优选地，在氮气、氩气或其它惰性气体的环境中执行步骤211。
在步骤211后，可在硼层的顶部上沉积其它层。这些其它层可包含由一或多个材料(例如二氧化硅、氮化硅、氧化铝、二氧化铪、氟化镁及氟化锂)组成的抗反射涂层。这些其它层可包含薄保护层，其包括例如钌、钨或钼的金属。可使用(原子层沉积)ALD来沉积这些其它层中的一或多者。使用ALD工艺来沉积这些层的优点是ALD工艺通常允许非常精确(单个单层)控制(若干)沉积层的厚度。在替代实施例中，可在随后工艺步骤(例如图3中所描绘的一个步骤)后在硼层的顶部上沉积其它层。
在一个实施例中，可在步骤213中部分或完全移除保护性前侧层及/或处置晶片以暴露至少一些电路元件及/或第一金属互连件。
在一个实施例中，可在步骤215中制造位于晶片的前侧上且连接到第一金属互连件及/或电路元件的第二金属互连件。第二金属互连件可包括任何实用金属(包含铜或铝)，因为第二金属互连件不用在随后处理步骤期间经受高温(例如超过450℃的温度)。可通过包含(但不限于)电镀、无电电镀、化学气相沉积(CVD)、ALD或物理气相沉积(PVD)的任何适当处理技术来沉积第二金属互连件。由于步骤215中的晶片可能不如步骤201中的晶片平坦，所以第二金属互连件的图案可遵循相对较大设计规则(例如对应于1μm或更粗糙工艺的设计规则)且可通过掩模对准器、接触掩模或其它相对较低分辨率光刻工艺来印刷。第二金属互连件可形成与选定第一金属互连件平行的导电路径以借此减小所述互连件的总电阻且能够以比仅第一金属互连件可实现的速度高的速度操作图像传感器，因为第一金属互连件可归因于使用耐火金属而具有相对较高电阻。
在步骤223中，制造位于晶片上且(例如)通过连接到第一金属互连件或第二金属互连件来电连接到电路元件的外部连接，例如接合垫或凸块垫。步骤223中所形成的外部连接可位于晶片的前侧、背侧或两侧上。在一个实施例中，将外部连接连接到第一金属互连件或第二金属互连件可涉及在处置晶片、保护性前侧层或晶片中产生、打通或暴露通孔。在一个实施例中，使用穿硅通孔来将晶片的背侧上的外部连接连接到晶片的前侧上的第一金属互连件或第二金属互连件。
在步骤225中，可将所得结构封装成适合封装。封装步骤可包括将装置覆晶接合或引线接合到衬底。封装可包含透射关注波长的窗口，或其可包括用于与真空密封界接的凸缘或密封件。
图4A到4I说明经受方法200(图2及3)的晶片的示范性横截面。图4A说明形成在衬底401的前侧上的外延(epi)层402。外延层402优选为p外延层。在一个实施例中，外延层电阻率在约10Ωcm到约1000Ωcm之间。
图4B说明包含形成在外延层上的第一金属互连件的各种电路元件403(步骤201)。因为形成第一金属互连件410，同时衬底401也有数百微米厚且因此不会严重翘曲，所以第一金属互连件410可使用常规亚微米CMOS处理技术来形成且可包含多层高密度金属互连件。第一金属互连件410包括例如钨或钼的耐火金属。在一个实施例中，第一金属互连件410完全由耐火金属组成。在一个实施例中，围绕图像传感器阵列的一或多个边缘产生多个穿硅通孔(TSV)403A以允许连接到电路元件403。
图4C说明附接到电路元件403的顶部的支撑或处置晶片404(步骤203)。应注意，图中展示但未标记穿硅通孔以免使图式过度复杂。在替代实施例中，可使用保护层来代替或补充支撑或处置晶片404。在实施例(图中未展示)中，在晶片或层404中形成通孔以允许连接到电路元件403。
图4D说明背薄化衬底401(步骤205)以暴露外延层402的背侧表面(即，与形成电路元件403的表面对置的表面)的部分或全部后的晶片。如果完全移除衬底401，那么外延层402形成半导体薄膜。如图4D中所描绘，原生氧化物402A可形成在因背薄化而暴露的外延层402的表面上。
图4E说明清洁及制备背侧表面(步骤207)后的晶片。
图4F说明形成在外延层402的背侧表面上(步骤209)后的纯硼层406。硼扩散到外延层中产生相邻于硼层的外延层的表面处的薄(数纳米至数十纳米)重p掺杂硅层(图中未展示)(步骤211)。
图4G说明沉积在纯硼层406的顶部上的一或多个任选抗反射或保护层408。可使用ALD工艺来沉积至少一个层。
图4H说明其中已完全或部分移除保护层或支撑或处置晶片404(步骤213)且在前侧上制造第二金属互连件(409)(步骤215)的实施例中的晶片。如上文参考图2及3所解释，第二金属互连件409可包括例如铝或铜的金属且可遵循比用于包含于电路元件403中的第一金属互连件的设计规则粗略得多的设计规则来图案化。
图4I说明通过适当图案化、蚀刻及沉积步骤来制造金属垫407a及407b(步骤223)后的晶片。垫407a制造于前侧上且电连接到(例如)第二金属互连件409。垫407b制造于背侧上且电连接到TSV 403A。如上文参考图2及3所解释，图像传感器可包含仅在前表面上的垫(例如垫407a)、仅在后表面上的垫(例如垫407b)或在前表面及后表面两者上的垫。应注意，如果不存在任选第二金属互连件，那么金属垫将直接电连接到电路元件403。
以上实例不意味着限制本发明的范围。其仅意味着说明可如何使用包括耐火金属或由耐火金属组成的第一金属互连件来制造图像传感器，图像传感器随后在其光敏表面上涂覆有硼层。因为第一金属互连件包含耐火金属，所以其可在硼沉积及扩散期间耐受高温。
图5说明根据本发明的特定实施例的并入图像传感器504、硅中介层502及其它电子器件的示范性检测器组合件500。
在本发明的一个方面中，检测器组合件500可包含放置于中介层502的表面上的一或多个光敏传感器504。在一个实施例中，组合件500的一或多个中介层502可包含(但不限于)硅中介层。在本发明的另一方面中，组合件500的一或多个光敏传感器504经背薄化且根据背光照明来进一步配置以包含本文中所描述的硼层及相邻于硼层的高度掺杂层。
在本发明的另一方面中，可将组合件500的各种电路元件放置在中介层502上或内建到中介层502中。在一个实施例中，可将一或多个放大电路(例如电荷转换放大器)(图中未展示)放置在中介层502上或内建到中介层502中。在另一实施例中，可将一或多个转换电路508(例如模/数转换电路，即，数字转换器508)放置在中介层502上或内建到中介层502中。在另一实施例中，可将一或多个驱动器电路506放置在中介层502上或内建到中介层502中。例如，一或多个驱动器电路506可包含时序/串行驱动电路。例如，一或多个驱动器电路506可包含(但不限于)频率驱动器电路或复位驱动器电路。在另一实施例中，可将一或多个去耦合电容器(图中未展示)放置在中介层502上或内建到中介层502中。在另一实施例中，可将一或多个串行传输器(图5中未展示)放置在中介层502上或内建到中介层502中。
在本发明的另一方面中，可将一或多个支撑结构放置在光敏阵列传感器504的底面与中介层502的顶面之间以对传感器504提供物理支撑。在一个实施例中，可将多个焊球516放置在光敏阵列传感器504的底面与中介层502的顶面之间以对传感器504提供物理支撑。在此应认识到，尽管传感器504的成像区可不包含外部电连接，但是传感器504的背薄化引起传感器504变得越来越柔性。因而，可利用焊球516来以强化传感器504的成像部分的方式将传感器504连接到中介层502。在替代实施例中，可将底部填充材料放置在光敏阵列传感器504的底面与中介层502的顶面之间以对传感器504提供物理支撑。例如，可将环氧树脂放置在光敏阵列传感器504的底面与中介层502的顶面之间。
在本发明的另一方面中，将中介层502及各种额外电路(例如放大电路、驱动器电路506、数字转换器电路508及其类似者)放置在衬底510的表面上。在另一方面中，衬底510包含具有高导热性的衬底(例如陶瓷衬底)。在此方面，衬底510经配置以对传感器504/中介层502组合件提供物理支撑，同时也提供使组合件500将热高效率导离成像传感器504及各种其它电路(例如驱动器电路506、数字转换器508、放大器及其类似者)的构件。在此应认识到，衬底可包含此项技术中已知的任何刚性高度导热衬底材料。例如，衬底510可包含(但不限于)陶瓷衬底。例如，衬底510可包含(但不限于)氮化铝。
在另一实施例中，衬底510可经配置以提供与插座或底层印刷电路板(PCB)的接口。例如，如图5中所展示，衬底510可经由互连件512来提供中介层502与插座或PCB之间的互连。所属领域的技术人员应认识到，衬底510可操作耦合至底层PCB且以各种方式进一步电耦合到插座或PCB，其全部应被解释为在本发明的范围内。
上文所描述的本发明的结构及方法的各种实施例仅说明本发明的原理且不希望使本发明的范围受限于所描述的特定实施例。例如，可将额外步骤添加到图2及3中所描绘的流程图，或可以不同于所展示的序列的序列完成所展示的一些步骤。因此，本发明仅受限于所附权利要求书及其效物。

Claims (25)

1.一种用于感测深紫外线DUV辐射、真空紫外线VUV辐射、极紫外线EUV辐射及带电粒子中的至少一者的图像传感器，所述图像传感器包括：
半导体薄膜，其包含在所述半导体薄膜的第一表面上形成的电路元件及形成在所述电路元件上方的第一金属互连件；
纯硼层，其形成在所述半导体薄膜的第二表面上，
保护层，其形成在所述电路元件上方，使得所述第一金属互连件完全放置在所述半导体薄膜与所述保护层之间，
其中所述半导体薄膜包含掺硼区，所述掺硼区从第二表面延伸到所述半导体薄膜中，使得所述掺硼区紧邻所述纯硼层放置，且
其中所述第一金属互连件包括耐火金属，
其中所述保护层包括单晶硅及玻璃中的一或多者。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述半导体薄膜包括具有10 μm到40 μm范围内的厚度T1的外延层。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述纯硼层具有2 nm到20 nm范围内的厚度T2。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器进一步包括沉积在所述纯硼层的向外表面上的抗反射涂层。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一金属互连件包括钨及钼中的至少一者。
6.根据权利要求3所述的图像传感器，其中所述图像传感器包括电荷耦合装置CCD及CMOS装置中的一者。
7.一种用于感测深紫外线DUV辐射、真空紫外线VUV辐射、极紫外线EUV辐射及带电粒子中的至少一者的图像传感器，所述图像传感器包括：
半导体薄膜，其包含在所述半导体薄膜的第一表面上形成的电路元件、形成在所述电路元件上方的第一金属互连件以及放置在所述第一金属互连件上方且耦合到所述电路元件的第二金属互连件；以及
纯硼层，其形成在所述半导体薄膜的第二表面上，
其中所述第一金属互连件包括耐火金属，且
其中所述第二金属互连件包括铝及铜中的至少一者。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中所述半导体薄膜包括具有10 μm到40 μm范围内的厚度T1的外延层。
9.根据权利要求7所述的图像传感器，其中所述纯硼层具有2 nm到20 nm范围内的厚度T2。
10.根据权利要求7所述的图像传感器，所述图像传感器进一步包括沉积在所述纯硼层的向外表面上的抗反射涂层。
11.根据权利要求7所述的图像传感器，其进一步包括保护层，所述保护层形成在所述电路元件上方，使得所述第一金属互连件完全放置在所述半导体薄膜与所述保护层之间。
12.根据权利要求11所述的图像传感器，其中所述保护层包括单晶硅及玻璃中的一或多者。
13.根据权利要求7所述的图像传感器，其中所述第一金属互连件包括钨及钼中的至少一者。
14.根据权利要求7所述的图像传感器，其中所述图像传感器包括电荷耦合装置CCD及CMOS装置中的一者。
15.一种用于感测深紫外线DUV辐射、真空紫外线VUV辐射、极紫外线EUV辐射及带电粒子中的至少一者的图像传感器，所述图像传感器包括：
半导体薄膜，其具有第一p型掺杂浓度且包含在其第一表面上形成的电路元件；
第一金属互连件，其连接到所述电路元件中的至少一者，所述第一金属互连件包括耐火金属；
第二金属互连件，其放置在所述第一金属互连件上方且耦合到所述电路元件；
纯硼层，其形成在所述半导体薄膜的第二表面上；及
p掺杂层，其形成在所述半导体薄膜中紧邻所述纯硼层，所述p掺杂层具有大于所述第一p型掺杂浓度的第二p型掺杂浓度，
其中所述第二金属互连件包括铝及铜中的至少一者。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，
其中所述纯硼层的厚度在2 nm到20 nm之间，且
其中所述半导体薄膜的厚度在10 μm到40 μm之间。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，所述图像传感器进一步包括抗反射或保护层，且
其中所述纯硼层的所述厚度在3 nm到10 nm之间。
18.根据权利要求16所述的图像传感器，其中所述第一金属互连件包括钨及钼中的至少一者。
19.一种制造图像传感器的方法，所述方法包括：
在衬底上形成外延层；
在所述外延层上形成电路元件；
形成包括耐火金属、连接到所述电路元件的第一金属互连件；
薄化所述衬底以产生薄化衬底，所述薄化衬底暴露所述外延层的至少部分；
在所述外延层的所述暴露部分上形成纯硼层；及
在相邻于所述纯硼层的所述外延层的表面处形成掺杂层。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述耐火金属包括钨及钼中的至少一者。
21.根据权利要求19所述的方法，其中形成所述掺杂层包括将所述外延层加热到600℃到900℃之间的温度。
22.根据权利要求19所述的方法，其中所述方法进一步包括在薄化所述衬底前将处置晶片附接到所述电路元件。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述方法进一步包括在形成所述纯硼层前在所述外延层及所述处置晶片中的至少一者中形成通孔。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述方法进一步包括在形成所述掺杂层后暴露所述通孔。
25.根据权利要求19所述的方法，其中所述方法进一步包括在形成所述掺杂层后形成第二金属互连件，
其中所述第二金属互连件耦合到所述电路元件，且
其中所述第二金属互连件包括铝及钨中的至少一者。
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