TW526525B - Back illuminated imager with enhanced UV to near IR sensitivity - Google Patents

Description

526525 五、發明説明（Γ) 。。本發明概有關於成像器㈣，像是光偵挪器與影 态/聚焦平面陣列。而尤其本發明是關於背昭 /々 置和一建構該款裝置之方法。 、 平面陣列等等 泛領域之各式 成像器，如光偵測器與影像感測器/聚 ，係屬包括消費者、商業、工業與航天等廣 感測及成像應用重點項目。 目前，根據電荷Μ合裝置（CCD)之成像器既已廣泛運用 :然而，依據電荷注入裝置（CID)之成像器卻獲歡迎，原因 是此等可提供相較於CCD而屬獨纟之效能特徵，即如像是 非破壞性讀取、優質的抗飽和、一致的放射相容性、隨： 性像素定址以及高讀取率。CID尤其在其獨特效能特徵的 有7應用上漸獲運用。本發明最好的運用領域便在此二種 型怨之成像器的領域中。 這兩種成像器通常是製作於一矽晶圓上，更常是在一具 :蠢晶石夕前置層之晶圓i。這些裝置一般是按前側照明； 。又。十。傳統上應用於標準成像器的前側照明具有顯著的效 月匕限制，即如：1 )低填充因數/低靈敏度，及2 )有限的頻 碏響應，且特以在頻譜的uv至藍光區域内尤甚。 低填充因數/低靈敏度的問題通常S起因於出現不透明 金屬匯流排線所致的陰影〖，以&構成於像素區域前置表 面上之陣列電路結構的吸收現象所產生。因之，在大型格 式（咼解析度）之前端照明成像器裡，像素的作用區通常會 非* W小（低填充因數）。這種結構會降低成像器的整體靈

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敏度。 而有限頻δ晋響應的問題， σ 畸尤其疋關於頻譜内的υν至藍光 區域，也疋因為在υ V至該氺卩# # a光£域裡，這些波長會由陣列電 路結構所吸收的現象而產生。 為解決這些問題，春二##

、 則技云即已提出一種背照明式CCD 。這種方式一般是藉由#早車 稽田像疋表面研磨與機械性拋光，並蝕 刻該#圓背面的技術’於製作該咖電路後再將石夕晶圓 予以薄化所製得。a由於财晶圓須屬自持式且可接取俾 供從背側予以照明之故’因此這種作法會限制最小石夕晶圓 厚.度。最佳UV到近IR響應的石夕質厚度通常為5_1〇微米的範 裝

圍。而利用按背側薄化方—，i A U 寻化方式以產生自持切質結構之先前 技藝技術則很難達到此值。 本發明目的即為針對兮玄耸兩丰Π ++· T ^。哀寺而求，連同其他相關於現有成 訂 像器裝置之問題。 發明概要_ ， 線 本發明係-背照明影像陣列裝置及—建構該款裝置之方 法。該裝置概包含一陣列電路層、一前置層及一石英層。 該陣列電路層係定義於一前置層的表面上。該石英層：裝 設於該前置層的另一表面上。 、 該裝置建構方法概包含如下步驟。本方法可提供一種「 絶緣體上矽（SOI)」晶圓，此者具有一厚矽層、一位於該产 矽層上的氧化物（si02)層，及一位於該氧化物層上的前 層。該前置層具有一第一表面及一第二表面，而此第二t 面鄰接於該氧化物層。陣列電路是構成在該前置層的第一 _____ _ 〇 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(·χ 297公愛) 6 - 526525 A7 B7 五、發明説明（ 表面上 〇 — " 4層施加於該陣列電路的表面上。該厚石夕層 及该氧化物層會從該晶圓移除， f 稭此曝出該丽置層的第二 表面。石央層施加於該第二表面。今碎批a 示衣向。孩g品時層從該陣 路移除。 j私 按後載說明並參酌於隨附圖式，前揭包含本發明特定性 能之各項優點及其他利益即屬顯而易見。 圖la為其上具有磊晶層之典型晶圓截面圖； 圖lb為如圖la之晶圓截面圖’而陣列電路係構置於該前 置表面上，藉以構成一前照明成像器； 圖2為一典型前照明成像陣列之前方平面視圖； 圖3為本發明裝置一具體實施例之戴面圖； 圖4a為可與本發明併用之典型「絕緣體上石夕（§叫」晶圓 戴面圖； 其中既已將該臨時層移除 而留為本發明裝置之較佳具體實施例。 圖4b為如圖4a之晶圓截面圖 圖4c為如圖4b之晶圓戴面圖 於該陣列電路的表面上； 圖4d為如圖4c之晶圓截面圖 及氧化物層移除； 圖4e為如圖4d之晶圓戴面圖 於該前置層的第二表面上；及 圖4f為如圖4e之晶圓截面圖 其上構置有陣列電路； 其中既已將一臨時層覆置 其中既已將該晶圓的絕緣 其中既已將一石英層施置 發明詳細說明 526525 A7

裝· *訂..................線 526525 五、發明説明（ 當利用矽基材料時，畀总θ 肌層上之石”… 疋利用可選擇性地姓刻位於- 時，也最妊日 ），合液為佳。當採用SiOj 、登徑α , 式氧化物钱刻，來在該前置声上 選擇性地對其進行㈣為宜。 & m上 清洗該前置層24的第- 桩办拉 一表面以達到一親水性表面，並直 表面亦m 纟面。而黏接於該前置層的石英層 表面亦應取好為-料、親水性表面。 之後，會利用像是熔解及、、主 内的方4，一； β洗，或疋洛化於一適當溶劑 έ L日寸膠黏劑42而將該臨時層40自該 、、.口 .構私除。蝕刻該平面芦合，、 ，以完成本製作程序。 + ”成像&陣列之黏接墊 ::乂種方式可供於黏接至該石英層26之前’先進行 5亥刖置層28的背你丨声to ,, 曲 ^ 。例如，可於該石英-前置層的界 衣…辰度摻質之矽層(藉由離子植入與快速熱性退火 j迫各載子朝向於接合處’以改善靈敏度及頻譜響應。 ^ :應用於矽基材料時，將該石英層黏接於該矽前置層的 “黏接方式’即如圖扑所示，-般即可提供足夠的黏接 又供以進仃後續的晶圓裁線（切割）作業，將其分割成 個別陣列亚將彼等封裝於成像器内。將石英層黏接於前置 ，接作業可為任何業界眾知方式，只要該陣列電路不 會在黏接處理的過程中招致損毀即可H法ΜΜ 該前置气的第二表面，藉以將其黏接至該石英層處。…、 八^本舍明另一具體實施例中，如圖4b内經處理之晶圓可 刀口1 (切剔）成個另,J的成像陣列（通常是l，，xln或更小的面積） _____ -10- 本紙張尺度1 裝 訂 線 526525 A7 _·_ B7____·_ 五、發明説明（7 ) ’然後再經圖4c到4f所示之其他步驟加以處理。在此情況下 ，如有需要，可藉由在一快速熱退火（RTA)系統内（約維持1 秒鐘），或在一脈衝雷射退火系統内（約<< 1秒鐘），進行前 置層/石英層界面的快速高溫處理作業’來加強該前置層2 8 與該石英層26間的黏接強度。 在本處理方法中，光學輻射會從該石英層側衝出，而由 於該石英層26對於RTA及該雷射退火器波長而言係屬透明 ’因此該層26並不會吸收此光學輻射。然而，該前置層28 卻會吸收此輻射，而且該前置層第二表面的光學輻射吸收 結果將會加熱此前置層/石英層界面區域。 這項快速熱處理作業會提高該前置層/石英層界面溫度 到約iooo°c，以強化其黏接強度，而該石英層26、該前置 層28與該陣列電路的主體仍維持實質上近於室溫，以防止 熱張力造成問題。接著，可利用傳統技術來將黏接於石英 層的個別陣列封裝入成像器内。 由於確可自本發明製作出眾多可能具體實施例而無虞悖 離其範圍，故應瞭解在此所陳述或如隨附圖式所陳列之全 4項目，貫應詮釋為僅屬說明性而非具限制目的者。 -11 -

Claims (1)

1. 526525 第090132757號專利申請案 B8 中文申請專利範圍替換本(92年1月）益 t年j 修正 補充 六、申請專利範圍 1 · 一種用以建構一背照明影像陣列裝置（10)之方法，該方 法包含如下步驟： 提供一絕緣體上石夕（SOI)晶圓（30)，其具有一厚_ @ (32)、一位於該厚矽層（32)上的氧化物層（34)，及一位於 該氧化物層（34)上的前置矽層（36);該前置珍層（36)| # 一第一表面及一第二表面，其中該第二表面鄰接於該氧 化物層（34); 在該前置層（36)的第一·表面上構成陣列電路（24); 對該陣列電路(24)的表面上施加一臨時層（4〇); 從該晶圓（30)上移除該厚矽層（32)及該氧化物層（34)， 藉此曝出該前置層（36)的第二表面； 將一石英層（26)施加於該第二表面；及 移除該臨時層（40)。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該前置層（36)的表面 可清洗以達到一親水性表面，而該石英層（26)具有一親 水性表面，且其中該二親水性表面可直接點接一起。 3 .如申請專利範圍第1項之方法，其中係於室溫下施加該 石英層（26)。 4 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該石英層（26)對於紫 外光到近紅外光波長為透明性。 5.如申請專利範圍第1項之方法，其中該石英層（26)直接黏 接於該第二表面。 6 ·如申凊專利範圍第1項之方法，其中該陣列電路（24)的構 成係藉由薄膜沉積、離子植入和光學微影蝕刻圖樣化步 ^紙張尺度適用中國國A4規格(210X297公釐） "---— 526525 Ss Ί _ g88 吁 >年1月、Ha修正 六、申請專利範圍 驟薄膜。 7 .如申請專利範圍第1項之方法，其中該臨時層（40)是由從 如下群組中所選出之材料而組成：矽晶圓、玻璃及金屬。 8 . —種背照明影像陣列裝置（10)，其中包含： 一陣列電路層（16)，構成於一前置層（14)的一表面 上；及 一石英層（12)，裝設於該前置層（14)的另一表面上。 9 .如申請專利範圍第8項之·裝置，其中該陣列電路層（16)具 有併合於其上之CID成像器電路。 10.如申請專利範圍第8項之裝置，其中該陣列電路層（16)具 有併合於其上之CCD成像器電路。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)