專利名稱：影像感測器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種影像感測器及其制造方法，且特別有關(guān)于一種具有嵌入式濾光器的影像感測器及其制造方法。
背景技術(shù)：
一般而言，影像感測器具有以陣列形式排列的像素，例如光敏二極管(photosensitive diodes)、光二極管(photodiodes)、重置開關(guān)晶體管(reset transistor)、源極隨耦晶體管(sourcefollower transistor)、鉸接感光二極管(pinned layer photodiodes)及傳導(dǎo)晶體管(transfer transistor)，借以記錄光的強度及亮度。像素是通過電荷的累積以偵測光，越多的光將使得電荷累積越高，電荷接著被一電路利用，因此色彩及亮度可適用于適合的應(yīng)用，例如數(shù)字相機。目前普遍的像素陣列包括電荷耦合元件(CCD)、互補式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)影像感測器(CIS)、主動像素感測器以及被動像素感測器。
另一種形式的像素為金屬-半導(dǎo)體-金屬(MSM)光偵測器，其利用形成于半導(dǎo)體材料上的兩個肖特基接觸(Schottkycontact)，例如為金屬電極，取代光二極管中的p-n結(jié)。并且于兩電極之間施加電壓，以于半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生電場，而被吸收于半導(dǎo)體材料中的光會產(chǎn)生電載流子，電載流子則由電場聚集，所述電載流子提供可被量測與記錄的光電流(photocurrent)。因為MSM光偵測器具有高速及低寄生電容的特性，故目前已普遍的應(yīng)用于光電信系統(tǒng)中。然而，由于導(dǎo)體表面及表面的金屬接觸的反射，因此MSM光偵測器具有低反應(yīng)性(responsivity)的問題。
影像感測器為了捕捉色彩，其利用一彩色濾光片，該彩色濾光片包含多種不同的彩色濾光片(例如紅、綠及藍)，并且其設(shè)置于適當(dāng)?shù)奈恢靡允谷肷涔饨?jīng)過濾光片，可通過將彩色濾光片以馬賽克式(mosaic)陣列排列于單一感測器上，或者通過棱鏡分割入射光至多個感測器。不論何種方法，用于影像感測器中的彩色濾光片的成本占了影像感測器的總成本相當(dāng)大一部分，并且彩色濾光片還使得元件的尺寸增加。因此目前急需一種改善彩色濾光片的設(shè)計及制造方法，以降低影像感測器的成本及尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可降低影像感測器的成本及尺寸的影像感測器及其制造方法。有鑒于此，本發(fā)明提供一種影像感測器，其包括多個像素，其中至少一像素包括一半導(dǎo)體基底，具有一感光區(qū)；以及一第一電極及一第二電極，嵌入于該半導(dǎo)體基底內(nèi)，其中該第一電極及第二電極形成以一陣列排列的多個狹縫，所述狹縫用以使具有一特定波長的光通過該感光區(qū)。
本發(fā)明所述的影像感測器，其中該具有特定波長的光包括紅光、綠光及藍光。
本發(fā)明所述的影像感測器，其中所述狹縫的厚度約介于100nm至600nm，或所述狹縫的間隔約介于20nm至100nm，或所述狹縫的間距約介于180nm至500nm。
本發(fā)明所述的影像感測器，更包括一第二像素，于該第二像素中的狹縫的厚度、間隔及間距至少有一不相同。
本發(fā)明所述的影像感測器，其中該第一電極及第二電極包括銅、銀或金。
本發(fā)明所述的影像感測器，更包括一電壓，實施于該第一電極及第二電極之間，以在該感光區(qū)內(nèi)形成電場以感測光線。
本發(fā)明另提供一種影像感測器，包括一半導(dǎo)體基底；多個像素，形成于該半導(dǎo)體基底上；以及多個狹縫，分別嵌入于每個像素中，其中所述狹縫用以使具有一特定波長的光通過所述像素。
本發(fā)明另提供一種影像感測器的制造方法提供一半導(dǎo)體基底；形成多個像素于該半導(dǎo)體基底上；形成多個狹縫嵌入于每個像素中，其中所述狹縫用以使具有一波長的光通過所述像素。
本發(fā)明所述的影像感測器的制造方法，其中所述狹縫的厚度約介于100nm至600nm，間隔約介于20nm至100nm，以及間距約介于180nm至500nm。
本發(fā)明所述的影像感測器的制造方法，其中所述狹縫是由一第一電極及一第二電極所形成。
本發(fā)明所提供的影像感測器及其制造方法，可降低影像感測器的成本及尺寸。


圖1是繪示本發(fā)明實施例的影像感測器的俯視圖；圖2是繪示本發(fā)明實施例的影像感測器的俯視圖；圖3是繪示本發(fā)明實施例的影像感測器的剖面圖；圖4是繪示本發(fā)明實施例的影像感測器的俯視圖；圖5是繪示本發(fā)明實施例的影像感測器的剖面圖。
具體實施例方式
以下將揭露多個不同的實施例以實施各種實施例的不同特征，以下說明特定實施例中的元件及排列方法以簡化說明，其僅用以作為示例而非用以限定本發(fā)明。并且相同或類似的元件在不同的實施例中將以相同或類似的標(biāo)號標(biāo)示，并且當(dāng)敘述一第一元件形成于一第二元件上，包含該第一元件直接接觸形成于該第二元件上，或者該第一元件與該第二元件之間還有額外的元件。
請參照圖1，影像感測器50具有以陣列方式排列的像素100，另有電路及輸入/輸出鄰近于像素100，以提供像素操作環(huán)境以及對外的連接。
請參照圖2，在此實施例中像素100是金屬-半導(dǎo)體-金屬(MSM)光偵測器的形式。像素100包括半導(dǎo)體基底110，如硅基底，或者半導(dǎo)體基底110可包括元素半導(dǎo)體，如硅、鍺或鉆石。在其他實施例中，半導(dǎo)體基底110亦可包括化合物半導(dǎo)體，例如碳化硅、砷化鎵、砷化銦及銦化磷。半導(dǎo)體基底110還可包括如硅覆蓋絕緣層(SOI)及/或外延層等半導(dǎo)體的排列。
接著對半導(dǎo)體基底110實施高度非等向性蝕刻或垂直側(cè)壁蝕刻，以形成嵌入式的電極120及130。舉例而言，首先于半導(dǎo)體基底110的表面形成光致抗蝕劑層，接著圖案化光致抗蝕劑層使光致抗蝕劑層形成特定的圖案，之后以圖案化的光致抗蝕劑層為掩膜利用等離子蝕刻等干蝕刻法蝕刻半導(dǎo)體基底110，以于半導(dǎo)體基底110上獲得該圖案。上述步驟可重復(fù)實施以產(chǎn)生不同的圖案，借以形成電極120及130。
電極120及130是以具導(dǎo)電性的金屬形成，例如銅、銀或金，并且電極120及130嵌入于半導(dǎo)體基底110中以排列成矩形陣列的狹縫，如圖2所示。舉例而言，在圖案化及蝕刻制程后，實施金屬沉積制程以形成電極120及130，較佳者于金屬沉積制程之后，更實施金屬研磨制程。由于此種嵌入式MSM光偵測器原本就是平坦的，故其制程簡單且易與各種的影像感測器整合。
請參照圖3，于電極120及130之間施加一電壓，借此可于半導(dǎo)體基底110的感光區(qū)170(或光吸收區(qū))中產(chǎn)生電場。像素100被設(shè)計為可接受入射至半導(dǎo)體基底110表面的光180，然而并非所有的光180皆可通過感光區(qū)170，由電極120及130所形成的狹縫陣列是作為濾光器，只允許具有特定波長的光180通過感光區(qū)170?？赏ㄟ^調(diào)整由電極120及130形成的狹縫的厚度140、間隔160及間距150+160以決定該具有特定波長的光。舉例而言，通過調(diào)整狹縫的參數(shù)厚度140約介于100nm至600nm、間隔160約介于20nm至100nm、間距150+160約介于180nm至500nm，即可過濾光線而使紅光、綠光及藍光通過感光區(qū)170。
被半導(dǎo)體基底110吸收的光180產(chǎn)生電載流子，電載流子則由在電極120及130之間的電場聚集。由于具有電場，所以在本發(fā)明實施例中的感光區(qū)170不需要在p-n結(jié)附近摻雜及/或形成空乏(depletion)區(qū)，以保存光生電子-空穴對，也因此于主動區(qū)及其鄰近晶體管之間將不會產(chǎn)生寄生(parasitic)電容效應(yīng)。電載流子提供可被量測及記錄的光電流，光電流的數(shù)量是關(guān)于被像素100所吸收的光信號的強度及亮度，越強的光會產(chǎn)生越高的光電流。光電流可依照感測器的用途被傳送或應(yīng)用于其他電路系統(tǒng)中。在其他實施例中，光180不限定于可見光束，亦可為紅外線(IR)、紫外光(UV)或其他輻射線。
請參照圖4，在另一實施例中，像素100大致如圖2所示，除了狹縫陣列以圓形陣列取代圖2的矩形陣列。嵌入于半導(dǎo)體基底110中的電極120a及130b形成由同心圓構(gòu)成的狹縫陣列。此實施例的剖面圖大致與圖3相同，用以過濾使紅光、綠光及藍光通過的狹縫參數(shù)如厚度、間隔及間距亦如前所述。雖然在此的狹縫陣列是以四個同心圓所構(gòu)成，然而圓形的數(shù)量可依據(jù)像素100的尺寸或其他設(shè)計需求而改變。
請參照圖5，在其他實施例中，像素100是由光敏二極管或光二極管以記錄光的強度及亮度。像素100形成于如P型硅的半導(dǎo)體基底210上，并且通過如化學(xué)氣相沉積法(CVD)成長如外延硅的外延層220于半導(dǎo)體基底210上，而外延層220的摻雜濃度小于重摻雜的半導(dǎo)體基底210。像素100亦包含感光區(qū)230，例如于P型外延層220中形成N型摻雜區(qū)。上述的摻雜可利用如離子注入或擴散等不同的步驟注入摻雜物。半導(dǎo)體基底210包括側(cè)向隔離元件(圖中未繪示)以分隔基底上不同的元件。
像素100更包括以陣列方式排列的狹縫240，狹縫240是于感光區(qū)230中的嵌入式MSM型排列，狹縫240的陣列可包括如圖2的矩形或如圖4的圓形的排列方式。陣列排列的狹縫240是作為濾光器，只允許具有特定波長的光通過感光區(qū)230。狹縫240可作為多種濾光器，例如紅光、綠光及藍光，且可通過調(diào)整狹縫240的厚度、間隔及間距以決定該具特定波長的光。狹縫240的形成方法及參數(shù)如圖2及圖3的狹縫，在此不贅述。然而，由于在此實施例中狹縫240僅作為濾光器，因此不需通過兩個電極形成。在此實施例中，光生電載流子保存于鄰近于如為P型硅外延層220及N型感光區(qū)230所形成的p-n結(jié)附近的空乏區(qū)。
感光區(qū)230的穿透深度250可依據(jù)由陣列狹縫240所過濾出的光的特定波長，每種光(例如紅光、綠光及藍)的波長在通過感光區(qū)230時具有不同的有效吸收深度。舉例而言，藍光的有效吸收深度相較于紅光的有效吸收深度較淺。因此，每個顏色的像素可具有不同的穿透深度250，以在像素100中對特定波長的光具有高敏感性。
另有額外的電路可用以控制像素100以及被感應(yīng)的光。本實施例所說明的紅光、綠光及藍光的波長僅作為示例，并且作為像素100的光二極管亦是舉例說明，其可為其他形式的像素，如重置開關(guān)晶體管、源極隨耦晶體管、鉸接感光二極管及傳導(dǎo)晶體管。
綜上所述，本發(fā)明提供影像感測器及其制造方法，在一實施例中，一種影像感測器包括多個像素，至少有一像素包括具有感光區(qū)的半導(dǎo)體基底，以及第一電極及第二電極嵌入于半導(dǎo)體基底中。第一電極及第二電極形成以陣列排列的狹縫，所述以陣列排列的狹縫用以允許具特定波長的光，例如紅光、綠光及藍光，通過感光區(qū)。在一些實施例中，狹縫的厚度約介于100nm至600nm，間隔約介于20nm至100nm，與其他狹縫的間距約介于180nm至500nm。狹縫的陣列可為矩形或圓形，第一電極及第二電極包括具導(dǎo)電性的金屬，例如為銅、銀或金，而在第一電極及第二電極之間實施電壓以在感光區(qū)中產(chǎn)生電場，借此感測輻射線。
在其他實施例中，一種影像感測器包括半導(dǎo)體基底，多個像素形成于半導(dǎo)體基底上，多個狹縫嵌入于每個像素中，所述狹縫包括金屬，用以允許具特定波長的光，例如紅光、綠光及藍光，通過每個像素。像素可包括光二極管、重置開關(guān)晶體管、源極隨耦晶體管、鉸接感光二極管及傳導(dǎo)晶體管。
在其他實施例中，一種影像感測器包括半導(dǎo)體基底，其具有感光區(qū)以及第一像素、第二像素與第三像素形成于半導(dǎo)體基底上，第一狹縫陣列、第二狹縫陣列及第三狹縫陣列分別嵌入且排列于第一像素、第二像素與第三像素。第一狹縫陣列用以允許紅光通過第一像素的感光區(qū)，第二狹縫陣列用以允許綠光通過第二像素的感光區(qū)，而第三狹縫陣列用以允許藍光通過第三像素的感光區(qū)。
在其他實施例中，一種影像感測器的制造方法包括提供半導(dǎo)體基底，形成多個像素于半導(dǎo)體基底上，形成多個狹縫嵌入于每個像素中，所述狹縫用以允許具特定波長的光，例如紅光、綠光及藍光，通過每個像素區(qū)。所述狹縫是由第一電極及第二電極形成，并且第一電極及第二電極之間更實施電壓以產(chǎn)生電場，借此感測該具特定波長的光。
以上所述僅為本發(fā)明較佳實施例，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何熟悉本項技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可在此基礎(chǔ)上做進一步的改進和變化，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)以本申請的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
附圖中符號的簡單說明如下50影像感測器100像素110半導(dǎo)體基底120、130、120a、130a電極140狹縫的厚度150狹縫的寬度160狹縫的間隔170感光區(qū)180光210半導(dǎo)體基底220外延層230感光區(qū)240狹縫
權(quán)利要求
1.一種影像感測器，其特征在于，其包括多個像素，其中至少一像素包括一半導(dǎo)體基底，具有一感光區(qū)；以及一第一電極及一第二電極，嵌入于該半導(dǎo)體基底內(nèi)，其中該第一電極及第二電極形成以一陣列排列的多個狹縫，所述狹縫用以使具有一特定波長的光通過該感光區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像感測器，其特征在于，該具有特定波長的光包括紅光、綠光及藍光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像感測器，其特征在于，所述狹縫的厚度介于100nm至600nm，或所述狹縫的間隔介于20nm至100nm，或所述狹縫的間距介于180nm至500nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像感測器，其特征在于，更包括一第二像素，于該第二像素中的狹縫的厚度、間隔及間距至少有一不相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像感測器，其特征在于，該第一電極及第二電極包括銅、銀或金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像感測器，其特征在于，更包括一電壓，實施于該第一電極及第二電極之間，以在該感光區(qū)內(nèi)形成電場以感測光線。
7.一種影像感測器的制造方法，其特征在于，該影像感測器的制造方法包括提供一半導(dǎo)體基底；形成多個像素于該半導(dǎo)體基底上；形成多個狹縫嵌入于每個像素中，其中所述狹縫用以使具有一波長的光通過所述像素。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的影像感測器的制造方法，其特征在于，所述狹縫的厚度介于100nm至600nm，間隔介于20nm至100nm，以及間距介于180nm至500nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的影像感測器的制造方法，其特征在于，所述狹縫是由一第一電極及一第二電極所形成。
10.一種影像感測器，其特征在于，該影像感測器包括一半導(dǎo)體基底；多個像素，形成于該半導(dǎo)體基底上；以及多個狹縫，分別嵌入于每個像素中，其中所述狹縫用以使具有一特定波長的光通過所述像素。
全文摘要
本發(fā)明提供一種影像感測器及其制造方法，特別涉及一種影像感測器，其包括多個像素，其中至少一像素包括一半導(dǎo)體基底，具有一感光區(qū)；以及一第一電極及一第二電極，嵌入于該半導(dǎo)體基底內(nèi)，其中該第一及第二電極形成以一陣列排列的多個狹縫，所述狹縫用以使具有一特定波長的光通過該感光區(qū)。本發(fā)明所提供的影像感測器及其制造方法，可降低影像感測器的成本及尺寸。
文檔編號H01L21/822GK101068022SQ200610167479
公開日2007年11月7日 申請日期2006年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月3日
發(fā)明者錢俊逸, 蕭國裕, 蔡嘉雄 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司