專利名稱：圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像傳感器，特別是涉及一種圖像傳感器及其制造方法。
技術(shù)背景一般來說，圖像傳感器是一種將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體設(shè)備，并大致被歸類為電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS)圖像傳感器(CIS)。as的每個(gè)單位像素中包括有光電二極管和金屬氧化物半導(dǎo)體(Mos)晶體管。操作中，CIS以開關(guān)模式相繼檢測各個(gè)單位像素的電信號(hào)從而產(chǎn)生圖像。 相關(guān)的CIS包括接收光學(xué)信號(hào)以將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電二極管區(qū)，和處理電信號(hào)的晶體管區(qū)。此相關(guān)的CIS具有光電二極管和晶體管橫向設(shè)置的結(jié)構(gòu)。盡管相關(guān)的CIS克服了 CCD圖像傳感器的缺陷，但仍有些問題需要被解決。具體來說，依照具有橫向結(jié)構(gòu)的相關(guān)cis，光電二極管和晶體管在基板上橫向地互相毗鄰形成。因此，該CIS在基板上需要光電二極管的額外區(qū)域。從 而，CIS減少與填充因子相關(guān)的區(qū)域，并制約提高其分辨率的可能性。此外，依照具有橫向結(jié)構(gòu)的相關(guān)CIS，同時(shí)形成光電二極管和晶體管的工 藝很難被優(yōu)化。也就是說，形成晶體管的工藝需要用于低薄層電阻(low sheet resistance)的淺結(jié)，但這樣的淺結(jié)不適用于形成光電二極管的工藝。通常具有橫向結(jié)構(gòu)的所述CIS還提供片上功能。因此，應(yīng)增加單位像素 的大小以維持CIS的靈敏度，或減小光電二極管的面積以維持像素尺寸。然而， 如果像素尺寸增加，CIS的分辨率將降低。此外，如果光電二極管的面積減小， CIS的靈敏度也會(huì)降低。發(fā)明內(nèi)容因此，實(shí)施例提供了一種圖像傳感器及一種制造其的方法，所述圖像傳 感器能夠提供晶體管電路和光電二極管的垂直集成。某些實(shí)施例提供了一種圖像傳感器和制造其的方法，所述圖像傳感器能 夠同時(shí)提高分辨率和靈敏度。依照本發(fā)明的實(shí)施例的圖像傳感器及其制造方法能夠使用垂直光電二極 管并在抑制單位像素之間的串?dāng)_。依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器包括基板上的包括內(nèi)連接的電 路；內(nèi)連接上的下電極；下電極上的分離的本征層；本征層上的第二傳導(dǎo)型傳 導(dǎo)層；以及第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層上的上電極。依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于制造圖像傳感器的方法包括在基板上 形成包括內(nèi)連接的電路；在內(nèi)連接上形成下電極；在包括下電極的基板上形成 分離的本征層；在分離的本征層上形成第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層；以及在第二傳導(dǎo)型 傳導(dǎo)層上形成上電極。


圖1是依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器的橫截面圖。圖2到圖7是依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器制造工藝的橫截面圖。
具體實(shí)施方式
下面，將參考附圖詳細(xì)描述依照本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器及其制造方法。在實(shí)施例的描述中，應(yīng)理解當(dāng)一層(或薄膜)被稱為在另一層或基板"之 上"時(shí)，其可以直接在另一層或基板之上，或者也可出現(xiàn)插入層。而且，應(yīng)理 解當(dāng)一層被稱為在另一層"之下"時(shí)，其可以直接在另一層之下，或可出現(xiàn)一 個(gè)或多個(gè)插入層。另外，也應(yīng)理解當(dāng)一層被稱為在兩層"之間"時(shí)，其可以是 兩層之間的唯一層，或也可出現(xiàn)一或多個(gè)插入層。圖1是依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器的橫截面圖。參考圖l，在依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器中，應(yīng)注意到，在基板之上形成的且接收外部入射光線以將光線轉(zhuǎn)換并維持為電形式的光電二極管 可為PIN二極管。PIN二極管可被提供為N型非晶硅、本征非晶硅、以及P型非晶硅相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。依靠接收外部光線并將其轉(zhuǎn)換為電形式的效率和總電荷容量來確定光 電二極管的性能?；逯行纬傻南嚓P(guān)領(lǐng)域的光電二極管在產(chǎn)生在異質(zhì)結(jié)(如P-N、 N-P、 P-N-P或N-P-N)中的勢壘區(qū)產(chǎn)生并存儲(chǔ)電荷。然而，由于在P型硅層和N型硅層之間形成的整個(gè)本征非晶硅層成為了 勢壘區(qū)，PIN二極管在產(chǎn)生和存儲(chǔ)電荷方面有優(yōu)勢。當(dāng)PIN 二極管被用作為本發(fā)明實(shí)施例的光電二極管時(shí)，PIN 二極管的結(jié)構(gòu) 可為P-I-N結(jié)構(gòu)或N-1-P結(jié)構(gòu)。在描述的實(shí)施例中，具有P-I-N結(jié)構(gòu)的PIN 二極管作為一個(gè)例子來使用，N型非晶硅被稱為第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層150，本征 非晶硅被稱為本征層170， P型非晶硅被稱為第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層180。然而實(shí) 施例并不限于這些。在其它的實(shí)施例中，可使用PIM二極管。PIM二極管不同于PIN二極管， 在于其使用金屬層("M")代替N型傳導(dǎo)層("N")。金屬層可為在低溫下能被 硅化的任何金屬，如低于300攝氏度的溫度。例如，該金屬層可由鉻、鉬或鎢 形成。在采用PIM結(jié)構(gòu)的實(shí)施例中，下電極140可被用作PIM二極管的"M" 層且不提供N型傳導(dǎo)層。依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器可包括在基板(圖中未示出)上 的包括內(nèi)連接120的電路；在內(nèi)連接120上的下電極140;在下電極140上的 分離的本征層170;在本征層170上的第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層180;以及在第二傳 導(dǎo)型傳導(dǎo)層180上的上電極190。雖然圖中示出了基板上的兩個(gè)金屬層(在層 間介電層110中)，但實(shí)施例不應(yīng)限于這些。本征層170通過具有傾斜側(cè)壁可被用來將光線朝向每個(gè)單位像素的下電 極聚焦。例如，本征層170通過具有向內(nèi)斜邊可將光線聚焦射入光電二極管。 依照一個(gè)實(shí)施例，該斜邊可在相鄰像素之間提供下邊緣距離比上邊緣距離長的 的隔離。同樣，串?dāng)_可通過形成在第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層180和上電極190之間位于 多個(gè)分離的本征層170之間的隔離區(qū)內(nèi)的空隙(void) 195被抑制。因此，空 隙195可在多個(gè)像素界限之間形成。在更進(jìn)一步的實(shí)施例中，可在內(nèi)連接120上形成阻擋金屬(barrier metal) 130。該阻擋金屬130可為，例如，鎢、鎢氮化物、鈦、鈦氮化物、鉭 或鉭氮化物。在利用P-I-N或N-1-P結(jié)構(gòu)的實(shí)施例中，第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層150可被形 成在下電極140和本征層170之間。在依照本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器中，晶體管電路和光電二極管垂直集 成。因此，圖像傳感器可具有接近100%的填充因子。此外，實(shí)施例可提供比 有相同像素大小的相關(guān)橫向結(jié)構(gòu)的圖像傳感器更高的靈敏度。此外，與相關(guān)的圖像傳感器相比，依照本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器在相 同的分辨率情況下還可減少工藝成本，并且在不降低靈敏度的情況下可在每個(gè) 單位像素內(nèi)實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的晶體管電路。在依照本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器中，可集成額外的片上電路以提高圖 像傳感器的性能，并獲得器件的小型化及生產(chǎn)成本的降低。同樣，依照本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器能夠使用垂直光電二極管，并能 夠通過在像素之間提供隔離來抑制串?dāng)_。下面，參考附圖詳細(xì)描述依照本發(fā)明實(shí)施例的制造圖像傳感器的方法。圖2到圖7是描述依照本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器的制造工藝的橫截面圖。參考圖2，可在基板上(圖中未示出)形成包括形成于層間介電層(ILD) 110中的內(nèi)連接120的電路。內(nèi)連接120可包括金屬線和插銷(plug)。插銷可包括第一插銷120a和 第二插銷120b。在一個(gè)實(shí)施例中，可在內(nèi)連接120上形成阻擋金屬130。舉例來說，該阻 擋金屬可包括鎢、鎢氮化物、鈦、鈦氮化物、鉭或鉭氮化物。在一些實(shí)施例中， 可省略掉該阻擋金屬130。接下來，可在內(nèi)連接120上形成下電極140。該下電極140可由包括金屬、 合金或硅化物的傳導(dǎo)材料形成。例如，該下電極140可由鋁、銅或鈷形成。下電極140可被構(gòu)圖到每個(gè)像素。在一些還包括第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層150 的實(shí)施例中，可在下電極140的材料上形成第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層150之后圖案化 下電極140。依照一個(gè)實(shí)施例，第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層150可形成在圖案化的下電極140 上。在一些實(shí)施例中，可省略掉第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層150。第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層150可作為PIN 二極管的N型層。換句話說，第一傳 導(dǎo)型傳導(dǎo)層150可包括但不限于N型傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層。第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層150可由但不限于氮摻雜(n-doped)非晶硅形成。例 如，第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層150可由附加有鍺、碳、氮?dú)饣蜓鯕獾姆蔷Ч栊纬桑T 如a-Si:H、 a-SiGe:H、 a-SiC、 a-SiN:H、 a-SiO:H等。在一個(gè)實(shí)施例中，第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層150可以通過如等離子體增強(qiáng)化學(xué) 汽相沉積(PECVD)的化學(xué)汽相沉積(CVD)來形成。例如，第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層 150可由非晶硅通過利用將PH3或P2H5與硅烷(SiH4)氣體混合而獲得的混 合氣體通過PECVD形成。依照本發(fā)明的實(shí)施例，利用圖案化的第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層150可抑制串?dāng)_。下面將描述依照一個(gè)實(shí)施例形成分離的本征層170。參考圖3，絕緣層圖案160可在基板上的單位像素之間形成。絕緣層圖案160可包括在其側(cè)壁上的斜面，以形成具有傾斜側(cè)壁的本征 層170。本征層170的傾斜側(cè)壁使得能夠改進(jìn)光線向像素的下電極140的聚焦。例如，底面比頂面長的絕緣層圖案160可使得在絕緣層圖案160上形成 的本征層170具有斜面。因此，本征層170通過具有對于每個(gè)單位像素向內(nèi)變 窄的斜邊可以聚焦射入光電二極管的光線。同樣，絕緣層圖案160可由與本征層170相比具有高蝕刻選擇性的材料 制成。例如，絕緣層圖案160可由光刻膠形成。依照這樣的實(shí)施例，通過在光 刻膠圖案化的過程中設(shè)置拍照條件加(+ )散焦可使得絕緣層圖案160的底線 長于頂線。參考圖4，本征層170可在絕緣層圖案160上形成。在形成本征層170后， 可執(zhí)行利用掩模圖案(圖中未示出)的本征層170的選擇性蝕刻，以暴露出連 接到上電極(見圖1中參考190)的第一插銷120a。在一些實(shí)施例中，本征層170的選擇性蝕刻可在形成第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層 180之后執(zhí)行。在這樣的實(shí)施例中，第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層180和本征層可被選擇 性地進(jìn)行蝕刻以暴露出第一插銷120a。本征層170可作為PIN 二極管的I型層。在一個(gè)實(shí)施例中，本征層170可由無摻雜的非晶硅形成。本征層170可通過CVD形成，如PECVD。例如，本 征層170可由非晶硅利用硅垸氣體(SiH4)通過PECVD形成。參考圖5，本征層170可通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝等平整化以暴露 出絕緣層圖案160。在執(zhí)行CMP工藝以暴露絕緣層圖案160的基礎(chǔ)上，本征層 170被分離在絕緣層圖案160之間。在一些實(shí)施例中，本征層170可在絕緣層 圖案160之間形成，在不平整本征層170的情況下即可暴露絕緣層圖案160。參考圖6，可以移除絕緣層圖案160以獲得將本征層170按單位像素隔離 開的孔175。因此，隔離的本征層170可被形成為在其側(cè)壁上具有斜邊并被移 除絕緣層圖案160而留下的空間所隔離。在絕緣層圖案160為光刻膠的實(shí)施例 中，絕緣層圖案160可通過灰化移除。在一些實(shí)施例中，可省略掉絕緣層圖案 160的移除工藝。參考圖7，可在分離的本征層170上形成第二傳導(dǎo)層180。第二傳導(dǎo)層180 可作為PIN 二極管的P型層。也就是說，第二傳導(dǎo)層180可包括但不限于P 型傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層。舉例來說，第二傳導(dǎo)層180可由P型摻雜非晶硅形成。在一個(gè)實(shí)施例中， 第二傳導(dǎo)層180可通過CVD形成，如PECVD。例如，第二傳導(dǎo)層180可由P型 摻雜非晶硅利用由硼和硅烷(SiH4)氣體混合而得到的混合氣體通過PECVD 形成。接下來，可在第二傳導(dǎo)層180的上表面上形成上電極190。上電極190可 電連接到暴露出的第一插銷120a。在形成上電極190的過程中，可在第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層180和上電極190 之間形成空隙195。通過空隙195可提高像素之間的絕緣性。例如，該空隙可 通過利用具有低階梯覆蓋率(low st印coverage)的材料形成上電極190而 形成。依照某些實(shí)施例，單位像素間的絕緣性可通過在像素邊界間形成的空隙 195得到提高。上電極190可由具有良好透光性和傳導(dǎo)性的透明電極形成。例如，上電 極190可由銦錫氧化物(ITO)、鎘錫氧化物(CTO)或氧化鋅形成。還可提供濾色層和微透鏡。在依照本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器中，晶體管電路和光電二極管被垂直集成。因此，圖像傳感器使得填充因數(shù)能夠達(dá)到100%，且還可提供在相同像 素尺寸的情況下比相關(guān)圖像傳感器更高的靈敏度。此外，與相關(guān)的圖像傳感器相比，依照本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器在相 同的分辨率情況下還可降低工藝成本，且可以在不降低靈敏度的情況下在每個(gè) 單位像素內(nèi)實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的晶體管電路。同樣，在依照本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器中，可集成另外的片上電路以 提高圖像傳感器的性能，并獲得器件的小型化和生產(chǎn)成本的降低。同樣，依照本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器能夠使用垂直光電二極管，并可 通過提供像素間的隔離來抑制串?dāng)_。本說明中的"一個(gè)實(shí)施例"、"實(shí)施例"、"示例性實(shí)施例"等指的是，連 同實(shí)施例一起被描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施 例中。說明書中不同地方的這樣的用語指的并不是同一個(gè)實(shí)施例。此外，當(dāng)特 定特征、結(jié)構(gòu)或特性連同任一實(shí)施例一起被描述時(shí)，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在其他的實(shí)施例 中實(shí)現(xiàn)這樣的特征、結(jié)構(gòu)或特性是在本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解范圍內(nèi)的。盡管參考許多說明性實(shí)施例進(jìn)行了描述，應(yīng)理解在不偏離本公開揭示原 則的精神和范圍的情況下本領(lǐng)域技術(shù)人員可設(shè)計(jì)出許多其他的修改和實(shí)施例。 尤其是在本說明書、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)主題組合配置的組成部件和 /或配置中的各種變型和改進(jìn)也是可行的。除了組成部件和/或配置中的變型和 改進(jìn)，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可選實(shí)施方式的使用也是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，包括在基板上的包括內(nèi)連接的電路；在所述內(nèi)連接上的下電極；在所述下電極上的分離的本征層；在所述分離的本征層上的第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層和分開隔離的本征層的區(qū)域；以及第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層上的上電極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述分離的本征層 包括傾斜側(cè)壁。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其特征在于，分開所述分離的本 征層的區(qū)域的下邊緣包括比分開所述分離的本征層的區(qū)域的上邊緣更長的隔離。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，還包括在分開所述 分離的本征層的區(qū)域中介于所述第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層和所述上電極之間的空隙。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖像傳感器，其特征在于，所述空隙位于像素 邊界之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，還包括在所述分離 的本征層下面的下電極上的第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，還包括所述內(nèi)連接 上的阻擋金屬。
8. —種制造圖像傳感器的方法，包括 在基板上形成包括內(nèi)連接的電路； 在所述內(nèi)連接上形成下電極； 在包括所述下電極的基板上形成分離的本征層； 在所述分離的本征層上形成第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層；以及 在所述第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層上形成上電極。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，形成分離的本征層包括 在單位像素之間的區(qū)域中形成絕緣層圖案；以及在所述絕緣層圖案之間形成本征層。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括在形成所述本征層后移除所述絕緣層圖案。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述絕緣層圖案包括傾斜 側(cè)壁。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述絕緣層圖案包括比 上表面長的下表面。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述絕緣層圖案包括光刻 膠圖案。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在絕緣層圖案之間形成本征層包括在所述絕緣層圖案之上和之間形成本征層材料；以及 平整化所述本征層材料以暴露出所述絕緣層圖案。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在絕緣層圖案之間形成本 征層包括在暴露出所述絕緣層圖案的頂面時(shí)在所述絕緣層圖案間形成本征層 材料。
16. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括在所述第二傳導(dǎo)層上形成上電極期間在所述第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層和所述上電極之間形成空隙。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述空隙在像素邊界之 間形成。
18. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括在形成所述下電極之前在所述內(nèi)連接上形成阻擋金屬。
19. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括在形成所述分離的本征層之前在所述下電極上形成第一傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，形成所述分離的本征層包 括給所述分離的本征層提供傾斜側(cè)壁。
全文摘要
本文提供了一種圖像傳感器及其制造方法。依照一個(gè)實(shí)施例，圖像傳感器包括在基板上的包括內(nèi)連接的電路；在內(nèi)連接上的下電極；在下電極上的分離的本征層；在分離的本征層上的第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層；以及在第二傳導(dǎo)型傳導(dǎo)層上的上電極。該分離的本征層可具有向內(nèi)的傾斜側(cè)壁以為單位像素聚焦射入光電二級(jí)管的光線。
文檔編號(hào)H01L21/82GK101271912SQ200810082779
公開日2008年9月24日 申請日期2008年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月19日
發(fā)明者洪志鎬 申請人:東部高科股份有限公司