TWI390721B - 具有延伸穿過基板之接觸栓的成像器以及成像器製造方法 - Google Patents
具有延伸穿過基板之接觸栓的成像器以及成像器製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI390721B TWI390721B TW097122017A TW97122017A TWI390721B TW I390721 B TWI390721 B TW I390721B TW 097122017 A TW097122017 A TW 097122017A TW 97122017 A TW97122017 A TW 97122017A TW I390721 B TWI390721 B TW I390721B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- substrate
- contact
- imager
- transistors
- fabricating
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims description 64
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 48
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 19
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 18
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 16
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 13
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 11
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 10
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 9
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 20
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 18
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 6
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 5
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 4
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N decane Chemical compound CCCCCCCCCC DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JKUMLNOQXADSAD-UHFFFAOYSA-N [Bi].[P] Chemical compound [Bi].[P] JKUMLNOQXADSAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 1
- 210000003298 dental enamel Anatomy 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N telluride(2-) Chemical compound [Te-2] XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 tungsten nitride Chemical class 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14636—Interconnect structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76898—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics formed through a semiconductor substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
- H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14632—Wafer-level processed structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
在多項實施例中，本發明大體上係關於用於製造光成像器之方法，例如互補金屬氧化物半導體(CMOS)成像器，本文中其亦被更簡單地稱為「成像器」。本發明之更特定的實施例包含成像器製造方法，其中電晶體係製造於一基板之一作用表面上，接著在該基板之一後側上或從後側形成接觸開口、接觸栓、鍍金屬(metallization)及接觸墊。另外，本發明之實施例包括在其後側具有積體電路之成像器。
本申請案主張2007年6月12日申請之美國專利申請案第11/761,904號之權利。
傳統上，成像器已製造為具有在一矽晶圓之作用表面上的影像感測區域、積體電路及接觸點。現有技術中包含成像器之半導體裝置通常具有儘可能小的尺寸。雖然如此，一成像器之該作用表面上的區域或實際地產(real estate)之顯著部分通常係由若干影像感測元件佔據。因此，各種其他元件(包含導線或迹線)必須緊密地包裝至該半導體裝置之剩餘(通常係周邊)區域中。當導線、或迹線經緊密配置時，必須解決串擾、電容及其他不合需要的電問題。該等導線配置越緊密，越增加解決此等問題之難度。
有時不合需要地增加至由一成像器消耗之區域中的另一因素係所謂的「雪犁(snowplow)」效應，其發生於當彩色
濾光陣列(CFA)材料(例如藉由旋轉塗布)被施加至成像器上時，其中覆蓋在該等影像感測元件上的該介電材料(例如玻璃)已相對該成像器之該等周圍區域變薄。特定言之，一周邊「無作用」區係提供於影像感測元件之陣列周圍以容納彩色濾光陣列材料之較厚區域，以便避免此等較厚或經雪犁的區域存在於該等影像感測元件上方。額外區域之需要防止該成像器消耗之總面積的進一步減少，或引起提高該成像器之該等周邊被限元件之密度中包含之額外複雜性。
此外，成像器之該等作用表面上接合墊之存在迫使接合線或其他橫向延伸中間傳導元件係用以電連接此等成像器至載體(例如電路板)並至其他電組件。由於接合線及其他橫線延伸中間傳導元件延伸超過一成像器之該周邊至位於該成像器之該周邊之外部的接觸點(例如終端)，其等及該等接觸點佔據該載體上甚至更多的真實區域，其值隨著在可接受電子裝置尺寸中減小而增加。
若干方法已被採取以解決用於成像器之載體上真實區域之此不合需要的佔據。一種方法係穿過一成像器之該基板形成貫穿晶圓互連(TWI)或傳導通道。此方法需要孔洞係穿過不被影像感測元件或積體電路佔據之該成像器基板之區域而形成。然而，一基板上之此「無作用」區之需要違背最大化密度之趨勢，且因此防止一成像器之尺寸之最優最小化。其他方法係形成傳導元件延伸在該成像器基板之
該外部周邊周圍，其使得最優電路密度為可行，但有效地增加該完成半導體裝置之外部尺寸。此外，此兩種方法皆需要之再分配層(RDL)或再分配電路不合需要地增加該成像器之總厚度及成本。
因此，有需要在製程中可減少成像器之不合需要的電效應且接觸點可被製造於成像器之後側同時有利於該等成像器之周邊尺寸之最小化。
該等圖式描繪本發明之實施例的各種特徵。
本發明包含用於製造成像器之方法之多項實施例。此等方法包含一基板之該作用表面上之若干影像感測元件及電晶體之製造及該基板之後側上或來自其上之接觸開口、接觸栓、導線及接觸點之製造。
參考圖1，其繪示一經部分製造或中間成像器10之一部分之實施例。成像器10包含一基板12，其包括一製造基板，例如半導體材料(例如矽、砷化鎵、磷化銦等)之一全或部分晶圓、一全或部分絕緣體上矽(SOI)型基板，例如一玻璃上矽(SOG)、陶瓷上矽(SOC)、或藍寶石上矽(SOS)基板，或任何其他已知的適當製造基板。基板12具有一作用表面14及一後側16。
另外，成像器10包含已由已知製程製造之多種元件。在該繪示的實施例中，其顯示僅對應於成像器10之一像素之特徵，成像器10包含基板之作用表面14中的至少一影像感測元件20、及一光電池電容器25及其下方淺溝槽隔離(STI)
結構27、及一傳遞閘極30、一重設閘極35、一源極隨耦器閘極40、一列選擇閘極45、及對應於感測元件20之適當的源極及汲極區域(未顯示)。傳遞閘極30、重設閘極35、源極隨耦器閘極40、列選擇閘極45及其等各自源極及汲極區域在下文中集中提及為「成像器電晶體30至45」。如影像感測元件20、光電池電容器25、STI結構27、及成像器電晶體30至45亦可位於作用表面14上。
可選地，如圖1A所示，成像器10可包含接觸孔洞60'，其穿過作用表面14延伸至基板12中。在所描繪的該實施例中，接觸孔洞60'係暗通道。越過一接觸孔洞60'之距離(例如直徑等)可為大約200 nm或更小。在一些實施例中，越過一接觸孔洞60'之距離可小至大約100 nm、大約50 nm或更小。每個接觸孔洞60'可包含一介電襯62'及一傳導栓64'。當在進行中時，此等特徵可以該技術中已知之任何適當的方式，或以類似於參考以下圖3至7描述之方法製造。
成像器10亦包含一處於影像感測元件20上方的介電膜50(例如摻雜二氧化矽，例如硼磷矽玻璃(BPSG)、硼矽玻璃(BSG)、磷矽玻璃(PSG)或類似物等)、光電池電容器25及成像器電晶體30至45。介電膜50可被施加為厚度係大約半微米(0.5 μm)或更少。在其施加之後，在一些實施例中，介電膜50之一外露表面可被平坦化。可利用已知平坦化技術，例如化學機械拋光(CMP)來平坦化介電膜50之該外露表面。
在一些實施例中，如圖1B中繪示，一彩色濾光陣列(CFA)85可位於成像器10上方，或位於其至少影像感測元件20之上方。否則，亦如圖1B中繪示，一微透鏡90可存在於每個影像感測元件20上方。
製造前述該等特徵之後(例如藉由應用已知技術或本文描述之製程)，在本發明之一些實施例中，基板12可變薄。已知製程(例如研磨、濕蝕刻等)可用以從基板後側16移除材料，且因此使基板12變薄。基板12可薄至任何可接受厚度(例如在一些實施例中薄至100 μm，在其他實施例中薄至50 μm，且甚至更薄的基板可預期包含於本發明中)。在已包含接觸栓64'之成像器10之實施例中，隨著基板12變薄該等接觸栓64'可外露，潛在地消除參考圖3至7中描述之額外處理之需要。
一旦基板12具有一所需厚度，特徵可製造於後側16上。此一後側製造製程之一實施例係在圖2至9中描繪。
如圖2中繪示，成像器10可被固定至一載體200，其中介電膜50向下。在一些實施例中，載體200可包括一玻璃基板，而在其他實施例中，載體200可包括一製造基板(例如一矽晶圓)。在載體200之此等及其他實施例中，介電膜50可經由一適當的黏合材料(例如一聚合黏合劑等)被固定至載體200，該黏合材料將耐受成像器10將隨後曝露之製造溫度(例如高至約250℃)。在另一其他實施例中，載體200可為一靜電載體，例如在Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration IZM－M(無可用日期)，Bock,K.等人
之「待用為薄型半導體晶圓之支撐的靜電載體之特徵化(Characterization of electrostatic carrier substrates to be used as a support for thin semiconductor wafers)」中描述之類型的一載體，其中成像器10係經由靜電力固定至該載體。
在圖3中，在接觸孔洞60、介電襯61及傳導栓64(圖1A)不在以介電膜50向下方式固定成像器10至載體200之前形成之實施例中，或在需要額外接觸孔洞60、介電襯61、及接觸栓64之實施例中，接觸孔洞60可穿過基板12，從其後側16向作用表面14形成，以曝露特徵65(例如源極/汲極區域等)，在傳統製造製程中，其等將藉由形成接觸孔洞穿過介電膜50而曝露。越過一接觸孔洞60之距離(例如直徑等)可大約200 nm或更小。在一些實施例中，越過一接觸孔洞60之距離可小至大約100 nm、大約50 nm或更小。接觸孔洞60可藉由已知製程製造，例如藉由雷射剝蝕或遮罩與蝕刻製程。當使用遮罩與蝕刻製程時，一適當遮罩(例如一透明碳遮罩、一硬遮罩、一光遮罩等)(未顯示)可形成於基板之後側16上方且可(例如藉由乾蝕刻製程)經由該遮罩從基板12移除材料。
由於接觸孔洞60直接延伸至作用表面14上的十分小的特徵65(例如在一些實施例中，對應於大約100 nm或更小之導線寬之特徵)(例如，源極/汲極區域等)，接觸孔洞60可具有一相應小的尺寸。如以上提及，在一些實施例中接觸孔洞60越過或在直徑上可為大約200 nm或更小。在其他實施例中，接觸孔洞越過或在直徑上可為大約100 nm或更
小。
如圖4中所示，接觸孔洞60可利用介電材料填襯以電隔離傳導特徵，例如接觸栓64(圖7)，其等在本文中亦被提及為「互連」，及其他傳導特徵，其等將隨後製造於基板12之接觸孔洞60中。在一特定實施例中，填襯接觸孔洞60之該介電材料可包括具有微量鋁之二氧化矽。介電襯62(圖5及6)可藉由在每個接觸孔洞60中形成一薄型介電膜61而形成。可利用已知製程形成介電膜61。在一些實施例中，脈衝層沈積(PLD)製程可用以形成介電膜61。在其他實施例中，介電膜61可藉由低矽烷氧化物(LSO)沈積製程而形成。
在該介電膜61覆蓋待製造電接觸點至其上之特徵65之實施例中，介電膜61係從特徵65移除以將其再曝露至接觸孔洞60，如圖5及6中描繪。
在一些實施例中，此再曝露可經由一所謂的「隔層蝕刻(spacer etch)」實現，其係一乾蝕刻，其中被導向至實質上與實現蝕刻之方向相同(亦即實質上平行)的方向之一蝕刻膜之部分(例如接觸孔洞60之該等側壁上的介電膜61之部分(圖4))實質上保持未經蝕刻，而被不同導向(亦即實質上橫向該蝕刻方向)之該蝕刻膜部分被移除。更特定言之，特徵65上介電膜61部分被移除，如圖5所示，基板12之後側16上之介電膜61部分亦被移除，剩下接觸孔洞60之表面上的介電襯62。
或者，在其他實施例中，技術中已知之一種遮罩(例如
一光遮罩、一硬遮罩、一透明碳遮罩、前述之任何組合等)(未顯示)可形成於介電膜61(圖4)上方。該遮罩之孔徑可經組態及校準以便有利於覆蓋特徵65之介電膜61部分之曝露，利用其建立電接觸點至一適當的已知異向蝕刻劑(例如一乾蝕刻劑)。當成像器10、該遮罩及經由該遮罩曝露之介電膜61區域係接觸時，藉由已知技術、藉由該等向蝕刻劑，從介電膜61、再曝露特徵65之該接觸區域移除材料。在經由介電膜61之特徵65之再曝露之後，可移除該遮罩。保持在接觸孔洞60之表面上的介電膜61區域形成介電襯62，而覆蓋基板12之後側16之介電膜61區域可保持為一後側介電層66，如圖6中所示。
包含若干接觸栓64之傳導特徵接著可形成於接觸孔洞60中，如圖7中所示。可使用已知製程製造接觸栓64及接觸孔洞60中的傳導特徵。因此，在一些實施例中，擴散阻障(例如氮化鈦、氮化鎢等)及/或互連物(例如金屬矽化物)可形成於接觸孔洞60中以在一接觸栓64與一接觸特徵之間提供所需電連接，而無需該等接觸栓64材料與該接觸特徵之間的不合需要的內擴散。不論擴散阻障或互連是否製造於接觸孔洞60中，可使用已知製程(例如化學汽相沈積(CVD)、PLD、原子層沈積(ALD)等)引導傳導材料至接觸孔洞60中，且因此在接觸孔洞60中形成接觸栓64。
接觸栓64之一些實施例可藉由填充或利用傳導材料(例如藉由已知沈積製程)實質上填充接觸孔洞60而形成。接觸栓64之其他實施例可藉由在每個接觸孔洞60之表面上
(亦即在介電襯62上、一擴散阻障上、一互連物上等)形成(例如藉由沈積製程)具有傳導材料(例如多晶矽等)之一或多個膜或塗層而製造，接著利用一傳導材料(例如多晶矽、鎢等)或一介電材料填充(例如藉由沈積製程、植入製程等)該接觸孔洞60中殘留的任何空隙。
在從其上形成接觸栓64之該或該等材料層係藉由後側介電膜66從基板12之後側16電隔離(例如見圖6)之實施例中，該或該等材料層可保留於後側介電膜66上用於進一步處理，或其等可藉由已知製程(例如CMP、濕蝕刻等)移除。
在其他實施例中，在製造接觸栓64之前，基板12之後側16不係由一後側介電層66覆蓋(例如見圖5)，殘留於後側16上的任何傳導材料皆被移除。可使用已知製程，例如CMP及/或濕蝕刻從後側16移除傳導材料。
在此等實施例中，以及在接觸栓64'係形成穿過基板12之作用表面14而非穿過其後側16之成像器10實施例中，例如圖1A顯示之該實施例，一或多個介電材料層可(例如藉由熱生長、沈積技術等)形成於或(例如藉由旋轉技術等)施加至後側16。接觸栓64接著可經由介電材料之該所得層被曝露(例如藉由遮罩及蝕刻製程)。結果係如圖8中所示之一後側介電層66。
接著，如圖9所示，可製造連接至接觸栓64並橫向延伸至後側16上方之導線68。在一或多個傳導材料層已覆蓋後側介電層66之實施例中，導線68可由一或多個傳導材料層及任何相關聯的材料層製造。或者，包含一或多個傳導材
料層之一或多個材料層可形成於介電層66上方，如技術中已知(例如藉由沈積製程等)，以便有利於導線68之製造。一旦該或該等適當的材料層存在於介電層66上，可藉由已知製程(例如遮罩與蝕刻技術)製造橫向延伸的導線68。
如技術中已知，可繼續進一步的處理以形成額外內層介電膜70、74，橫向延伸的導線72、76，內層接觸點或互連點71、73，及任何其他所需的半導體裝置特徵，以及一保護層78及外部接觸點79(例如接合墊)，以製造一具有後側積體電路80之完整成像器10，如圖10中所示。
現參考圖11，一旦後側積體電路80被製造，成像器10可從載體200移除(圖10)且，若需要或期望，其被清潔。如繪示，在一些實施例中，包含彩色濾光陣列及/或微透鏡在先前未形成之實施例，一彩色濾光陣列85可在其中的至少影像感測元件20上方形成於成像器10上或施加至成像器10。CFA 85可藉由已知製程被沈積至成像器10上。同樣，若期望，可使用已知製程形成或將一微透鏡90置放於影像感測元件20上方。
因為至少一些導線68、72、76及外部接觸點79係由基板12之後側16承載，所以其等可延伸穿過與影像感測元件20相對之位置，且因此其等不被侷限於成像器10之周邊。因此，電及其他設計約束可由後側積體電路80減輕，而該晶片之總大小可相對現有技術中成像器而減小。此外，後側積體電路80消除與製造傳導特徵相關聯之額外製程及成本，例如邊緣束縛之傳導迹線或TWI或傳導通道，以便從
一成像器基板之該作用表面上至其後側重新安排電路路線。
另外，在一些實施例中，藉由將此等鍍金屬置放於後側16上，製造於成像器10之基板12之作用表面14上的該等特徵從作用表面14突出僅一小距離(例如在無導線延伸在光電池電容器25或成像器電晶體30至45上方之實施例中係大約半微米或更少)，且因此在影像感測元件20上。當與現有技術之成像器之特徵從該等成像器之該等基板之該等作用表面突出典型的7至10微米相比，影像感測元件20與待被定位於其上的任何光學元件(例如CFA 85、微透鏡90、玻璃、透鏡、濾光器等)之間的距離或焦距F顯著減小。在一些實施例中，焦距F之減小量係足夠消除在影像感測元件20上一微透鏡陣列之使用。因此，本發明之成像器10之一些實施例既不包含也不需要微透鏡。
雖然前述描述係受限於具有專延伸穿過該基板之接觸開口之光成像器之實施例，但額外地包含延伸穿過製造於該等作用表面上之特徵之接觸開口之光成像器之實施例亦處於本發明之範圍內。
參考圖12，其描繪一包含根據本發明之實施例之一光成像器10之電子裝置100。光成像器10係電連接至一載體102，例如一電路板，其連通於或承載其他半導體裝置104(例如一處理器、記憶體等)，並且連通於一電源、輸入/輸出裝置(例如有線及無線通訊埠等)、一視訊顯示器、及此項技術中已知之多種其他裝置。在一些實施例中，電子
裝置100可包含一或多個光學元件106，例如玻璃、一或多個透鏡、濾光器等。未限制本發明之範圍，在特定實施例中，該電子裝置100可包括一照相機、一蜂巢式電話、一個人數位助理(PDA)、一個人電腦或可合併有一照相機之任何其他裝置。
雖然前述描述包含許多細節，但此等不應解釋為限制本發明之範圍，而係僅提供一些現有較佳實施例之繪示。類似地，可設計不違背本發明之精神或範圍之本發明的其他實施例。來自不同實施例之特徵可組合應用。因此，本發明之範圍僅由所附專利申請範圍及其合法等效物表明與限制，而非由前述描述。本文揭示之對本發明作出之處於該等請求項之意義及範圍內的所有添加、刪除及修改係包含於其中。
10‧‧‧成像器
12‧‧‧基板
14‧‧‧作用表面
16‧‧‧後側
20‧‧‧影像感測元件
25‧‧‧電容器
27‧‧‧淺溝槽隔離(STI)結構
30‧‧‧傳遞閘極
35‧‧‧重設閘極
40‧‧‧源極隨耦器閘極
45‧‧‧列選擇閘極
50‧‧‧介電膜
60‧‧‧接觸孔洞
61‧‧‧介電襯
62‧‧‧介電襯
62'‧‧‧介電襯
64‧‧‧傳導栓
64'‧‧‧傳導栓
65‧‧‧特徵
66‧‧‧後側介電膜
68‧‧‧導線
70‧‧‧額外內層介電膜
71‧‧‧內層接觸點或互連點
72‧‧‧橫向延伸的導線
73‧‧‧內層接觸點或互連點
74‧‧‧額外內層介電膜
76‧‧‧橫向延伸的導線
78‧‧‧保護層
79‧‧‧外部接觸點
80‧‧‧後側積體電路
85‧‧‧彩色濾光陣列
90‧‧‧微透鏡
100‧‧‧電子裝置
102‧‧‧載體
104‧‧‧半導體裝置
106‧‧‧光學元件
200‧‧‧載體
圖1至10係根據本發明之實施例製造之成像器的部分橫截面示圖；圖11係一包含延伸穿過該基板之接觸孔洞及由該基板之一後側承載之電路之成像器之一實施例的部分橫截面示圖；及圖12係一描繪一包含一根據本發明之多項實施例之成像器之電子裝置之一實施例的示意圖。
10‧‧‧成像器
12‧‧‧基板
14‧‧‧作用表面
16‧‧‧後側
20‧‧‧影像感測元件
25‧‧‧電容器
30‧‧‧傳遞閘極
35‧‧‧重設閘極
40‧‧‧源極隨耦器閘極
45‧‧‧列選擇閘極
68‧‧‧導線
71‧‧‧內層接觸點或互連點
72‧‧‧橫向延伸的導線
73‧‧‧內層接觸點或互連點
76‧‧‧橫向延伸的導線
79‧‧‧外部接觸點
80‧‧‧後側積體電路
85‧‧‧彩色濾光陣列
90‧‧‧微透鏡
Claims (25)
- 一種製造一半導體裝置之方法，其包括：製造具有一作用表面之一製造基板；在該製造基板之該作用表面上製造至少一電路，該至少一電路包含複數個電晶體及與該複數個電晶體橫向相鄰且與其連通之至少一電容器；在該至少一電路上方沈積一無孔介電材料；及在該介電材料保持無孔之情況下形成穿過該製造基板之一後側的至少一接觸開口；及在該至少一接觸開口內沈積至少一接觸栓，以自該複數個電晶體之一電晶體之一元件延伸穿過該製造基板至該製造基板之該後側。
- 如請求項1之方法，其中沈積該無孔介電材料包括沈積該無孔介電材料以具有一大約為半微米或更少之厚度。
- 如請求項1之方法，其進一步包括：平坦化該無孔介電材料之一表面。
- 如請求項3之方法，其中平坦化係在形成該至少一接觸開口之前實現。
- 如請求項3之方法，其進一步包括：固定該無孔介電材料之經平坦化之該表面至一載體。
- 如請求項5之方法，其中固定係在形成該至少一接觸開口之前實現。
- 如請求項5之方法，其進一步包括：從該製造基板之一後側移除材料。
- 如請求項6之方法，其中移除材料包括研磨該製造基板之該後側。
- 如請求項1之方法，其中形成該至少一接觸開口包括形成該至少一接觸開口以延伸至該複數個電晶體之該電晶體之一源極或一汲極或至該複數個電晶體之該電晶體之一閘極。
- 如請求項9之方法，其中製造該至少一電晶體包括製造與該陣列之至少一光二極體相關聯的一傳遞閘極、一重設閘極、一源極隨耦器閘極及一列選擇閘極之至少一者。
- 如請求項1之方法，其進一步包括形成至少另一接觸開口以與該電容器之一電極連通。
- 如請求項1之方法，其進一步包括：將傳導材料引入至該至少一接觸開口中。
- 如請求項12之方法，其進一步包括：製造處於該製造基板之該後側上方並與該至少一接觸開口中的該傳導材料連通之至少一橫向延伸傳導元件。
- 如請求項13之方法，其進一步包括：製造至少一接觸點，其與該至少一橫向延伸傳導元件相鄰或與其連通。
- 如請求項1之方法，其中製造該製造基板包括在該製造基板之該作用表面中製造一光二極體陣列。
- 一種光成像器，其包括：包含一半導體材料之一基板；及 至少一像素成像電路，其包括：一影像感測元件，其處於該基板之一作用表面上；複數個成像電晶體，其與該作用表面上之該影像感測元件橫向相鄰且連通；至少一電容器，其與該作用表面上之該複數個成像電晶體橫向相鄰且與其連通；至少一接觸孔洞，其自該基板之一後側朝該作用表面延伸，以界定越過該至少一接觸孔洞之一距離；及至少一接觸栓，其電性地位於該至少一接觸孔洞內，該至少一接觸栓包括一伸長元件，該伸長元件從該複數個成像電晶體之一成像電晶體之一元件延伸穿過該基板之該半導體材料至該基板之該後側，該伸長元件包括：與該成像電晶體之該元件接觸之一第一端；延伸穿過該基板之該半導體材料之一中間區段；及一第二端，其與該第一端相對且至少在該基板之該後側處電曝露。
- 如請求項16之光成像器，其進一步包括：至少一橫向延伸傳導元件，其係由該基板之該後側承載且與該至少一接觸栓連通。
- 如請求項17之光成像器，其進一步包括：至少一接觸點，其與該至少一橫向延伸傳導元件相鄰且與其連通。
- 如請求項18之光成像器，其中該至少一橫向延伸傳導元件與該至少一接觸點之至少一者係至少部分地位於該影 像感測元件之下方。
- 如請求項16之光成像器，其進一步包括：一介電材料，其覆蓋該複數個成像電晶體、該至少一電容器及該影像感測元件。
- 如請求項20之光成像器，其中該介電材料具有一平坦表面。
- 如請求項20之光成像器，其中該介電材料之一表面與定位有該影像感測元件之該作用表面之間的一距離最多係大約半微米。
- 如請求項22之光成像器，其缺少一對應於該影像感測元件之微透鏡。
- 如請求項20之光成像器，其中無接觸開口係位於該介電材料中。
- 一種電子裝置，其包括：一載體基板，其在其一表面上包含呈一圖案之若干終端；及如請求項16至24中任一項之至少一光成像器。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US11/761,904 US8017982B2 (en) | 2007-06-12 | 2007-06-12 | Imagers with contact plugs extending through the substrates thereof and imager fabrication methods |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW200915554A TW200915554A (en) | 2009-04-01 |
| TWI390721B true TWI390721B (zh) | 2013-03-21 |
Family
ID=40131502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW097122017A TWI390721B (zh) | 2007-06-12 | 2008-06-12 | 具有延伸穿過基板之接觸栓的成像器以及成像器製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (4) | US8017982B2 (zh) |
| KR (1) | KR101126823B1 (zh) |
| DE (1) | DE112008001588B4 (zh) |
| TW (1) | TWI390721B (zh) |
| WO (1) | WO2008157152A1 (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8017982B2 (en) | 2007-06-12 | 2011-09-13 | Micron Technology, Inc. | Imagers with contact plugs extending through the substrates thereof and imager fabrication methods |
| KR101087933B1 (ko) * | 2008-09-30 | 2011-11-30 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지센서 및 그 제조방법 |
| KR101038889B1 (ko) * | 2008-11-05 | 2011-06-02 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
| EP2432023B1 (en) * | 2010-09-21 | 2014-11-12 | Nxp B.V. | Method of manufacturing a trench gate semiconductor device |
| KR101932662B1 (ko) | 2012-03-16 | 2018-12-26 | 삼성전자 주식회사 | 이미지 센서 |
| KR102545592B1 (ko) * | 2014-09-02 | 2023-06-21 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 촬상 장치 및 전자 기기 |
| US10163966B2 (en) * | 2014-11-26 | 2018-12-25 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. | Image sensing device and manufacturing method thereof |
| FR3043495A1 (fr) * | 2015-11-09 | 2017-05-12 | St Microelectronics Crolles 2 Sas | Capteur d'images a obturation globale |
| CN109786399B (zh) * | 2017-11-13 | 2022-04-05 | 睿生光电股份有限公司 | 检测装置 |
| US11756977B2 (en) | 2018-06-21 | 2023-09-12 | Semiconductor Components Industries, Llc | Backside illumination image sensors |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5317433A (en) * | 1991-12-02 | 1994-05-31 | Canon Kabushiki Kaisha | Image display device with a transistor on one side of insulating layer and liquid crystal on the other side |
| US5414284A (en) * | 1994-01-19 | 1995-05-09 | Baxter; Ronald D. | ESD Protection of ISFET sensors |
| JP3512225B2 (ja) * | 1994-02-28 | 2004-03-29 | 株式会社日立製作所 | 多層配線基板の製造方法 |
| US5841197A (en) * | 1994-11-18 | 1998-11-24 | Adamic, Jr.; Fred W. | Inverted dielectric isolation process |
| US6168965B1 (en) | 1999-08-12 | 2001-01-02 | Tower Semiconductor Ltd. | Method for making backside illuminated image sensor |
| US6482669B1 (en) * | 2001-05-30 | 2002-11-19 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Colors only process to reduce package yield loss |
| WO2003041174A1 (fr) * | 2001-11-05 | 2003-05-15 | Mitsumasa Koyanagi | Capteur d'images a semi-conducteur et procede de fabrication associe |
| JP4440554B2 (ja) | 2002-09-24 | 2010-03-24 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体装置 |
| JP2005045073A (ja) | 2003-07-23 | 2005-02-17 | Hamamatsu Photonics Kk | 裏面入射型光検出素子 |
| JP2005109145A (ja) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
| DE602004030958D1 (de) * | 2004-07-20 | 2011-02-17 | Fujitsu Semiconductor Ltd | CMOS-Bildgebungsvorrichtung |
| DE102004042729B4 (de) * | 2004-09-03 | 2018-02-01 | Robert Bosch Gmbh | Bio-Chip mit einem Elektrodenarray auf einem Substrat |
| JP4691939B2 (ja) | 2004-09-27 | 2011-06-01 | ソニー株式会社 | 裏面照射型固体撮像素子の製造方法 |
| JP2007096271A (ja) | 2005-09-05 | 2007-04-12 | Toshiba Corp | 固体撮像装置及びその製造方法 |
| US7473979B2 (en) * | 2006-05-30 | 2009-01-06 | International Business Machines Corporation | Semiconductor integrated circuit devices having high-Q wafer back-side capacitors |
| US7816231B2 (en) * | 2006-08-29 | 2010-10-19 | International Business Machines Corporation | Device structures including backside contacts, and methods for forming same |
| US8017982B2 (en) | 2007-06-12 | 2011-09-13 | Micron Technology, Inc. | Imagers with contact plugs extending through the substrates thereof and imager fabrication methods |
-
2007
- 2007-06-12 US US11/761,904 patent/US8017982B2/en active Active
-
2008
- 2008-06-11 KR KR1020107000097A patent/KR101126823B1/ko active IP Right Grant
- 2008-06-11 DE DE112008001588.0T patent/DE112008001588B4/de active Active
- 2008-06-11 WO PCT/US2008/066489 patent/WO2008157152A1/en active Application Filing
- 2008-06-12 TW TW097122017A patent/TWI390721B/zh active
-
2011
- 2011-08-04 US US13/198,533 patent/US8679933B2/en active Active
-
2014
- 2014-03-13 US US14/207,972 patent/US9484378B2/en active Active
-
2016
- 2016-10-20 US US15/299,103 patent/US9966406B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20110287572A1 (en) | 2011-11-24 |
| DE112008001588T5 (de) | 2010-04-29 |
| KR20100028623A (ko) | 2010-03-12 |
| WO2008157152A1 (en) | 2008-12-24 |
| US8679933B2 (en) | 2014-03-25 |
| US9484378B2 (en) | 2016-11-01 |
| US8017982B2 (en) | 2011-09-13 |
| US20080308893A1 (en) | 2008-12-18 |
| US20140191303A1 (en) | 2014-07-10 |
| TW200915554A (en) | 2009-04-01 |
| US9966406B2 (en) | 2018-05-08 |
| US20170040375A1 (en) | 2017-02-09 |
| DE112008001588B4 (de) | 2019-01-10 |
| KR101126823B1 (ko) | 2012-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI390721B (zh) | 具有延伸穿過基板之接觸栓的成像器以及成像器製造方法 | |
| TWI407553B (zh) | 具有深光反射溝渠之背照式影像感測器 | |
| US7541212B2 (en) | Image sensor including an anti-reflection pattern and method of manufacturing the same | |
| US7495206B2 (en) | Image sensor with stacked and bonded photo detection and peripheral circuit substrates | |
| US20220415956A1 (en) | Solid-state image sensor, method for producing solid-state image sensor, and electronic device | |
| TWI407558B (zh) | 半導體裝置及其製造方法 | |
| KR20110060802A (ko) | 고체 촬상 장치와 그 제조 방법, 및 전자 기기 | |
| US11735617B2 (en) | Semiconductor structure, back-side illuminated image sensor and method for manufacturing the same | |
| JP2015032663A (ja) | 固体撮像装置 | |
| CN111261645B (zh) | 图像传感器及其形成方法 | |
| US9960200B1 (en) | Selective deposition and planarization for a CMOS image sensor | |
| US7683411B2 (en) | Image sensor and method of manufacturing the same | |
| TWI717795B (zh) | 影像感測器及其形成方法 | |
| US11705474B2 (en) | Metal reflector grounding for noise reduction in light detector | |
| TWI710126B (zh) | 影像感測器、用於影像感測器的半導體結構及其製造方法 | |
| US8003505B2 (en) | Image sensor and method of fabricating the same | |
| JP2009158957A (ja) | イメージセンサーの製造方法 | |
| KR101053729B1 (ko) | 이미지 센서 및 그 제조 방법 |