利用薄膜SOI的图像传感器制造技术

与一个或多个实施例的图像传感器相关的系统和方法包括：使供体半导体晶片经受离子注入过程以在供体半导体晶片上形成半导体薄膜的剥离层，通过电解在剥离层与绝缘体衬底之间形成阳极接合；从供体半导体晶片分离剥离层以将剥离层转移到绝缘体衬底；以及形成邻近剥离层的多个图像传感器部件。通过电解形成阳极接合可包括向绝缘体结构以及附连到供体半导体晶片的剥离层施加热、压力和电压。图像传感器器件包括绝缘体结构、半导体薄膜、它们之间的阳极接合以及多个图像传感器部件。半导体薄膜优选地包括基本上单晶的供体半导体晶片的剥离层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及与图像传感器相关的系统、方法和装置，该图像传感器优选地 利用具体包括将半导体层转移并阳极接合到绝缘体衬底的经改进工艺而具有基本上单晶的薄膜。 相关技术的描述数字成像近年来已成为消费者、工业、科学以及医疗成像市场中的应用的关键技术。固态图像传感器被用于摄像机、x射线设备以及科学应用，比如哈勃望远镜。这两种主要的成像技术基本上以相同的原理为基础，即当半导体曝光于光谱的可见和近IR区域中的光子时的光电响应。所释放的电子的数量与 光强成比例。图像传感器是将光子转换成累积电荷的特殊形式的半导体结构，比如绝缘 体上半导体(SOI)结构。通常，图像感测涉及吸光材料中的电荷载流子(电 子和空穴)的光生成、将电荷载流子分离到将传送电荷的导电触点以及对电荷 的测量。图像传感器通常基于互补对称/金属氧化物半导体(CMOS)技术属于 电荷耦合器件(CCD)和有源像素传感器(APS)这两种类型中之一。在APS的光电二极管的情况下，图像传感器的像素一般被配置为p-n结 ("p"表示正，"n"表示负)。p-n结在功能上是与p型半导体(例如硅) 层直接接触的n型半导体层。在CCD的电容器的情况下，p-n或p-i-n配置的 变型是常见的，其中"i"在此是指将p型层和n型层分离的、作为缓冲器的"本 征"半导体。绝缘体层可用作电介质。在实践中，通过将n型掺杂物扩散到p 型晶片的一侧形成p-n结(反之亦然)。参考图A、图B、图C和图D，各框图分别示出阱衬底结型二极管、扩散 阱二极管、双向光电检测器和光电门(photogate)的现有技术的、前侧照亮的 图像传感器配置。在一片p型硅与一片n型硅紧密接触的情况下，入射光导致电子从高电子浓度区域(结的n型侧)扩散到低电子浓度区域(结的p型侧)。 当电子扩散越过p-n结时，它们与在p型一侧的空穴重新结合。该扩散通过电荷在结的两侧上的即时不平衡产生电场。横跨p-n结建立的 电场形成促使电流仅在横跨该结的一个方向上流动的二极管。电子可穿过n型 侧进入p型侧，并且空穴可穿过p型侧进入n型侧。其中电子扩散越过结的该 区域被称为耗尽区，因为它不再包含任何移动电荷载流子。它也被称为"空间 电荷区"。图像传感器与诸如计算机和存储器芯片之类的其它半导体器件共用许多 相同的处理和制造技术。迄今为止，在这种绝缘体上半导体(SOI)结构中最 普遍使用的半导体材料是硅。在这篇文献中这些结构被称为绝缘体上硅结构并 且也对这些结构冠以縮写"SOI"。不仅对于图像传感器，而且对于高性能薄 膜晶体管以及诸如有源矩阵显示器之类的显示器，SOI技术正变得日益重要。 SOI结构可包括在绝缘材料上的基本上单晶的硅(厚度一般为0.05-0.3微米 (50-300 nm)但在一些情况下有5微米(5000 nm)厚)的薄层。使用体硅的主要问题是优质硅的成本和供给及其利用率。 一种大规模商业 技术是制造丝网印刷多晶硅芯片。然而，多晶硅不利于图像传感器。对于典型 的、200微米厚的体晶-Si或p-Si芯片，从晶锭或铸锭切割晶片的切口损耗为约 30%，这显著地影响了总成本。在半导体工业中使用的单晶晶片可被制作成极 好的图像传感器，但是费用是大规模生产所主要关心的。因而，从成本角度来看使用薄膜是特别让人感兴趣的。薄膜图像传感器使 用的原材料(硅或其它吸光体)比传统的基于晶片的图像传感器所使用的原材 料的1%还少。 一个特别有前景的技术是玻璃衬底上的晶体硅薄膜。该技术利 用晶体硅作为光电材料的优点，以及使用薄膜方法的成本节省。即，在低成本 玻璃衬底上的上述结构并不会产生图像传感器。因此，需要能够克服与现有技 术相关联的问题的、涉及基于低成本且透明玻璃衬底的图像传感器的工艺和产叩o薄膜使用的挑战依赖于特定技术而变化。当前正在开发的各种薄膜技术减 少了在形成图像传感器时所需的吸光材料的量(或质量)。与体材料相比这可 降低处理成本(在硅薄膜的情况下)。相反，使用线锯体硅制造图像传感器导 致对已制备硅的显著浪费。考虑到对微电子制造的一些改进经过一些修改可应用于图像传感器制造， 因此需要识别可应用于图像传感器的新的经修改的半导体制造技术，这些半导 体制造技术可提供图像传感器所特有的优点，比如增大的填充因数、量子效率 和降低的成本。在微电子半导体世界中，为便于讨论，通常将器件称为绝缘体上半导体 (SOI)结构。如此处所使用地，引用SOI结构是为了便于解释该技术而不旨在也不应当被解释为以任何方式限制本专利技术的范围。此处使用縮写SOI泛指绝 缘体上半导体结构，包括但不限于诸如玻璃上硅(SiOG)结构之类的绝缘体上 硅结构。同样，使用縮写SiOG来泛指玻璃上半导体结构，包括但不限于玻璃 上硅结构。术语SiOG也旨在包括玻璃-陶瓷上半导体结构，包括但不限于玻璃 -陶瓷上硅结构。縮写SOI包括SiOG结构。获得SOI结构晶片的各种方法包括(1)在晶格匹配衬底上外延生长硅 (Si) ; (2)将单晶硅晶片接合到其上已生长Si02氧化层的另一硅晶片上， 接着将上层晶片抛光或蚀刻至例如0.05到0.3微米(50 - 300 nm)的单晶硅层； 以及(3)离子注入方法，其中注入氢离子或氧离子，在注入氧离子的情况下 用于在表面为硅的硅晶片中形成隐埋氧化物层，或在注入氢离子的情况下用于 将薄Si层从一个硅晶片分离(剥离)以接合到具有氧化层的另一个Si晶片。前两种方法，即外延生长和晶片-晶片接合在成本和/或接合强度和耐久性 方面没有产生令人满意的结构。涉及离子注入的后一种方法已经引起了一些注 意，而且，尤其是氢离子注入已被认为有优势，因为它所需要的注入能量通常 比氧离子注入所需能量的50%还少并且所需剂量低两个数量级。例如，热接合剥离工艺可用于获得热接合到衬底的剥离单晶硅薄膜。这种 热接合剥离工艺包括使具有平坦表面的硅晶片经受以下步骤(i)通过用离子 轰击硅晶片表面注入，从而形成限定硅晶片的下部区域和构成薄硅膜的上部区 域的微气泡层；(ii)使硅晶片的平坦表面与刚性材料层(诸如绝缘氧化物材 料)接触；以及(iii)在高于进行离子轰击的温度下对硅晶片和绝缘材料组件 进行热处理的第三阶段。第三阶段采用足以使薄硅膜和绝缘材料接合到一起的 温度，以在微气泡中产生压力效应，并引起薄硅膜和硅晶片其余物质之间的剥 离。然而，由于高温步骤，因此该工艺不与低成本玻璃衬底或玻璃-陶瓷衬底兼 容。因此需要将SOI结构制造技术进步(advance)的优点与图像传感器制造的要求相结合，同时使相关联的SOI结构制造技术进步的缺点最小化。 专利技术概述根据本专利技术的一个或多个实施例，用于形成图像传感器器件的系统、方法 和装置包括形成剥离层并将其转移到绝缘体结构。剥离层可由供体半导体晶片 形成。供体半导体晶片和剥离层优选地可包括基本上单晶的半导体材料。剥离 层优选地可包括在转移到绝缘体衬底之前形成的诸如导电层之类的一个或多 个图像传感器部件或区域。转移剥离层优选地可包括通过电解在剥离层和绝缘体衬底之间形成阳极 接合，并且随后利用热机应力使剥离层与供体半导体晶片分离。分离剥离层因 此可曝光至少一个解理面。在剥离层已转移到绝缘体衬底之后，还可在剥离层 之中、之上或上方形成至少一个图像传感器部件或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成图像传感器的方法，所述方法包括：　形成供体半导体晶片的剥离层，其中形成所述剥离层包括使所述供体半导体晶片经受离子注入过程；　在所述剥离层与绝缘体衬底之间形成阳极接合；　从所述供体半导体晶片分离所述剥离层，从而暴露至 少一个解理面；以及　形成邻近所述剥离层的多个图像传感器部件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：NF伯雷利，MD布拉迪，RL伯特，KP加德卡里，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]