專利名稱：圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的互補(bǔ)金屬氧化物硅(CMOS)圖像傳感器包括光電二極管區(qū) 域(未顯示)和晶體管區(qū)域。光電二極管區(qū)域?qū)⒐廪D(zhuǎn)換成電信號。晶體管區(qū) 域處理該電信號。
CMOS圖像傳感器包括光電二極管和水平設(shè)置在光電二極管上的晶體管。
當(dāng)然，盡管水平型CMOS圖像傳感器相對于電荷耦合器件(CCD)圖像 傳感器具有優(yōu)點(diǎn)，但是水平型CMOS圖像傳感器應(yīng)該更進(jìn)一步得到改進(jìn)。
也就是，依據(jù)水平型CMOS圖像傳感器，光電二極管水平鄰近襯底上的 晶體管。因此，需要用于光電二極管區(qū)域的附加區(qū)域。結(jié)果是，降低了圖像 傳感器的填充因數(shù)，從而限制了水平型CMOS圖像傳感器的分辨率。
此外，難于優(yōu)化同時(shí)制造CMOS圖像傳感器中的光電二極管和晶體管的 工藝。也就是，為了減少薄膜電阻(sheetresistance)，在快速晶體管工藝中 需要淺結(jié)。然而，淺結(jié)用于光電二極管可能是不合適的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種圖像傳感器及其制造方法，在該圖像傳感器 中，以新的方式堆疊晶體管電路和光電二極管。
實(shí)施例還提供一種能夠采用非暴露的透明電極(non explosive transparent electrode)的圖像傳感器及其制造方法。
實(shí)施例還提供一種能夠采用低制造成本的透明電極的圖像傳感器及其 制造方法該圖像傳感器。
實(shí)施例還提供一種能夠阻止像素之間的串?dāng)_的圖像傳感器及其制造方法該圖像傳感器。
實(shí)施例還提供一種能夠一并提高分辨率和靈敏度的圖像傳感器及其制 造方法。
實(shí)施例還提供一種采用垂直型光電二極管防止缺陷出現(xiàn)在光電二極管 中的圖像傳感器及其制造方法。
在一個(gè)實(shí)施例中，圖像傳感器包括襯底，該襯底包括帶有低互連的電
路；第一電極、本征層和第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，順序位于襯底上；和第二電 極，分別位于第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層上，該第二電極包括透明電極。
在另一實(shí)施例中，圖像傳感器的制造方法包括在襯底上形成包括有低 互連的電路；在襯底上順序形成第一電極、本征層和第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層； 以及在第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層上形成第二電極，該第二電極包括透明電極。
本發(fā)明能夠提高傳感器的性能并且降低制造成本。
在所附附圖和下面的描述中闡述了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。根據(jù)說明 書和附圖以及權(quán)利要求書，本發(fā)明的其它特征將變得清楚。


圖1是依據(jù)第一實(shí)施例的圖像傳感器的橫截面視圖。 圖2是依據(jù)第二實(shí)施例的圖像傳感器的橫截面視圖。
具體實(shí)施例方式
此后，參考所附附圖，將詳細(xì)地描述一種圖像傳感器及其制造方法。 在實(shí)施例的描述中，應(yīng)理解的是，在層被稱為在另一層或襯底"上"時(shí)， 它可以直接在另一層或襯底上，或者還可以存在中間層。另外，應(yīng)理解的是， 在層被稱為在另一層"下"時(shí)，它可以直接在另一層下，或者還可以存在 一層或多層中間層。此外，還應(yīng)理解的是，在層被稱為在兩層"之間"時(shí)， 它可以是在這兩層之間的唯一層，或者還可以存在一層或多層中間層。 第一實(shí)施例
圖1是依據(jù)本發(fā)明中第一實(shí)施例的圖像傳感器的橫截面視圖。 盡管在圖1中示例性示出第一電極140、本征層(intrinsic layer) 170、 第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層180和第二電極190，但是本發(fā)明不限于此。這里，第一電極140互相隔離，本征層相互隔離。還有第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層1S0互相 隔離，第二電極190互相隔離。
依據(jù)第一實(shí)施例的圖像傳感器包括襯底110、第一電極140、本征層 170、第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層180和第二電極190。將包括低互連120的CMOS 電路設(shè)置在襯底110上。將第一電極140、本征層170和第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電 層180順序堆疊在襯底110上。第二電極190包括非暴露的透明電極，且被 設(shè)置在第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層180上。
第一電極140可以相互隔離，本征層170可以相互隔離。同樣，第二導(dǎo) 電類型導(dǎo)電層180可以相互隔離，第二電極190可以相互隔離。電介質(zhì)160 可以進(jìn)一步設(shè)置在第一電極140之間、本征層170之間、第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電 層180之間以及第二電極190之間。
第二電極190包括非暴露的透明電極。例如，第二電極190可以包括但 不限于摻雜Al的ZnO、摻雜Ga的氧化鋅和摻雜Al及Ga的ZnO。
第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層150可以位于第一電極140和本征層170之間。
在依據(jù)第一實(shí)施例的圖像傳感器中，將晶體管電路和光電二極管垂直地 堆疊。
依據(jù)第一實(shí)施例，使用摻雜Al的ZnO或摻雜Ga的氧化鋅的透明電極 被用來提供包括非暴露的透明電極的圖像傳感器。第一實(shí)施例可以提供圖像 傳感器及其制造方法，其中使用摻雜Al的ZnO或摻雜Ga的氧化鋅的透明 電極被用來降低制造成本。
此后，參考圖1將描述用于制造依據(jù)第一實(shí)施例的圖像傳感器的方法。 在襯底IIO上形成包括低互連120的CMOS電路。CMOS電路一般包括 用于單位像素的晶體管(例如，與光電二極管直接通信的轉(zhuǎn)移晶體管；與轉(zhuǎn) 移晶體管電通信的選擇晶體管和驅(qū)動晶體管，該驅(qū)動晶體管提供單位像素的 輸出；可選的復(fù)位晶體管，用于將存儲在單位像素中的光電二極管上或節(jié)點(diǎn) 上的電荷復(fù)位到預(yù)定值；等等)；和位于這種晶體管的兩個(gè)或多個(gè)端子之間 的可選局部互連。在襯底110上形成低層間電介質(zhì)115，并且(一般通過光 刻掩模和蝕刻)在低層間電介質(zhì)115和襯底110上形成低溝槽。然后在低溝 槽中形成低互連120 (低互連120可以包括金屬，例如鉤、鋁、銅、鈦、 鉭等；(半)導(dǎo)體，例如(摻雜)多晶硅；導(dǎo)電金屬化合物，例如金屬硅化物或金屬氮化物；或上述的組合)。在襯底110上順序堆疊第一電極140、可選第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層150、 本征層170、第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層180和第二電極190?？梢赃M(jìn)一步在襯底110上形成阻擋金屬層和/或粘著金屬層(未示出)作為 第一電極140的最下面的部分。例如，粘著金屬層可以包括鋁、鈦或鉭，及 阻擋金屬層可以包括鉤、鈦、鉭和氮化物中的一個(gè)或多個(gè)。在阻擋金屬層上形成第一電極140。第一電極140可以包括各種導(dǎo)電材 料，包括金屬、合金或硅化物。例如，第一電極140可以包括鋁、銅和鈷中 的一個(gè)或多個(gè)。在第一電極140上形成第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層150?？商鎿Q地，不形成第 一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層150，而可以實(shí)施下面的工藝。第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層150 可以用作依據(jù)實(shí)施例的PIN 二極管的N-層。也就是，第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層 150可以是但不限于N-型導(dǎo)電類型導(dǎo)電層。第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層150可以包 括但不限于n摻雜非晶硅或多晶硅。也就是，第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層150可以 包括以Ge、C、N或0摻雜非晶硅("a-Si"位于在前的材料列表中)的a-Si:H、 a-SiGe:H、 a-SiC、 a-SiN:H和a-SiO:H中的之一或多個(gè)?？商鎿Q地，第一導(dǎo) 電類型導(dǎo)電層150可以包括摻雜有磷(P)、砷(As)或銻(Sb)的多晶硅。使用化學(xué)氣相沉積(CVD)方法，例如等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 (PECVD)方法，可以形成第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層150。例如，第一導(dǎo)電類型 導(dǎo)電層150可以包括非晶硅，其通過PECVD方法由混合有PH3或P2Hs的 硅垸(SiH4)氣體形成。在第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層150上形成本征層170。依據(jù)實(shí)施例，本征層170 可以用作PIN 二極管中的I-層。本征層170可以包括n-摻雜或未摻雜的非晶硅。使用CVD方法，例如 PECVD方法，可以形成本征層170。例如，本征層可以包括非晶硅，其通過 PECVD方法使用硅烷(SiH4)氣體來形成。在一個(gè)實(shí)施例中，用于形成本征 層170的硅垸氣體沒有包含摻雜劑或摻雜劑源(dopant source)。在本征層170上形成第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層180。可以以連續(xù)的工藝來形 成第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層180和本征層170。依據(jù)實(shí)施例，第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電 層180可以用作PIN 二極管的P-層。也就是，第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層180可以是但不限于P-型導(dǎo)電層。因此，第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層180可以包括但不限于 p-摻雜非晶或多晶硅。使用CVD方法，例如PECVD方法，可以形成第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層180。 例如，第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層180可以包括非晶硅，其通過PECVD方法由混 合有硼源(例如，BF3、乙硼烷[B2H6]或具有4個(gè)或更多個(gè)硼原子的高級硼垸 等)的硅烷(SiH4)氣體來形成。在第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層180上形成第二電極190。第二電極190可以包 括透明電極，所述透明電極具有高光透過率和高導(dǎo)電率以及具有非暴露材料 (non-explosive material)。例如，第二電極190可以包括但不限于摻雜Al的ZnO、摻雜Ga的氧化 鋅、以及摻雜Al及Ga的ZnO(例如，摻雜有Al及Ga的氧化鋅)中的一種。 例如，在第二電極190包括摻雜Al的ZnO (ZnO:Al203)時(shí)，在第二電極190 所包括的ZnO中，Al存在的量相對于Zn原子(或可替換地，Zn原子和O 原子)為大約2.0至大約10.0原子百分比。在第二電極190包括摻雜Ga的 ZnO (ZnO:Ga203)時(shí)，第二電極190所包括的ZnO中，Ga存在的量相對于 Zn原子(或可替換地，Zn原子和O原子)為大約0.5至大約5.0原子百分 比。在第二電極190包括摻雜Al和Ga的ZnO時(shí)，第二電極190包括的ZnO 中，Ga存在的量相對于Zn原子(或可替換地，Zn原子、Al原子和O原子) 為大約0.5至大約5.0原子百分比，Al存在的量相對于Zn原子(或可替換地 Zn原子、Ga原子和O原子)為大約2.0至大約10.0原子百分比?？梢允褂貌Ａбr底作為襯底110。玻璃襯底可以旋轉(zhuǎn)，同時(shí)氬(Ar)氣 流入包含襯底的等離子體室，以實(shí)施濺射工藝。使用濺射系統(tǒng)(例如，這段 中前面描述的濺射系統(tǒng))、電子束蒸發(fā)系統(tǒng)、分子束外延(MBE)系統(tǒng)和激 光器系統(tǒng)中的至少一種工藝，可以形成第二電極190。以處于大約室溫至大 約400°C范圍內(nèi)的溫度形成第二電極190，以確?；ミB層120和電介質(zhì)115 的熱度穩(wěn)定性。例如，室溫可以是處于大約10°C至大約25°C或15°C至大 約30°C范圍內(nèi)的溫度、或者在上述這些范圍中的一個(gè)范圍內(nèi)的其它溫度。選擇性地蝕刻第一電極140、本征層170、第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層180和 第二電極l卯，以形成一個(gè)溝槽或多個(gè)溝槽(未示出)。然后，在一個(gè)或多 個(gè)溝槽中形成電介質(zhì)160，以使第一電極140、本征層170、第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層180和第二電極190相互隔離。從而，通過電介質(zhì)160使各個(gè)單位像素 與相鄰的像素完全隔離。例如，電介質(zhì)160可以包括一個(gè)或多個(gè)氧化物(例 如，二氧化硅或熱氧化物)，氮化物(例如，氮化硅或氮氧化硅)或低K電 介質(zhì)(例如，二氧化鉿)層。在沉積入溝槽內(nèi)之后，在電介質(zhì)160上實(shí)施平 面化工藝和清潔工藝?？梢赃M(jìn)一步形成上互連240，所述上互連240將第二電極l卯電連接到 相鄰的第二電極190。此后，可以進(jìn)一步形成濾色層(未示出)和微透鏡(未示出)，優(yōu)選地， 對應(yīng)于單位像素，堆疊單個(gè)濾色鏡和微透鏡于各個(gè)電極/光電二極管(PIN二 極管)上。第二實(shí)施例圖2顯示依據(jù)第二實(shí)施例的圖像傳感器的橫截面視圖。依據(jù)第二實(shí)施例的圖像傳感器包括襯底110、第一電極140、本征層 170、第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層180、第二電極190和電介質(zhì)160。將包括低互連 120的CMOS電路設(shè)置在襯底110上。第一電極140互相隔離，本征層170 互相隔離。同樣，第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層180互相隔離，第二電極190互相隔 離。通常，在襯底IIO上順序堆疊第一電極140、本征層170、第二導(dǎo)電類 型導(dǎo)電層180。將電介質(zhì)160設(shè)置在第一電極140之間、本征層170之間、 第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層180之間和第二電極190之間。圖像傳感器進(jìn)一步包括 上互連245。上互連245 —般包括暗(例如，不透明的或者至少部分擋光的) 金屬。例如，上互連245可以包括但不限于鉤和鈦-鎢中的一種或多種。依據(jù)第二實(shí)施例，由于上互連245包括暗或不透明金屬，所以上互連245 連同電介質(zhì)160—起阻擋光線，以有效地防止相鄰像素之間的串?dāng)_。在依據(jù)實(shí)施例的圖像傳感器及其制造方法中，可以垂直堆疊晶體管電路 和光電二極管。依據(jù)各種實(shí)施例，可以采用包括有摻雜Al的ZnO和/或摻雜 Ga的氧化鋅的透明電極來提供具有非暴露電極的圖像傳感器。本發(fā)明的實(shí)施例還可以提供一種圖像傳感器及其制造方法，在該圖像傳 感器中可以采用使用摻雜Al的ZnO和/或摻雜Ga的氧化鋅的透明電極，來 降低透明電極的制造成本。本發(fā)明的實(shí)施例還可以提供一種圖像傳感器及其制造方法，在該圖像傳感器中可以采用暗金屬防止像素間的串?dāng)_。依據(jù)實(shí)施例，通過垂直堆疊晶體管電路和光電二極管，可以使填充因數(shù)增大到幾乎100%。此外，通過垂直堆疊晶體管電路和光電二極管，圖像傳感器的靈敏度可以高于具有相同像素尺寸的現(xiàn)有圖像傳感器的靈敏度。依據(jù)實(shí)施例，圖像傳感器的制造成本可以小于具有相同分辨率的現(xiàn)有技 術(shù)中的圖像傳感器的制造成本。此外，各個(gè)單位像素可以具有更復(fù)雜的電路， 而不降低靈敏度。依據(jù)實(shí)施例可以堆疊的附加片上(additional on-chip)可以提高圖像傳感 器的性能。此外，可以容易地減少半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)規(guī)則，以及可以進(jìn)一步降 低制造成本。同樣，可以采用垂直型光電二極管來減少、最小化或阻止光電 二極管中出現(xiàn)的缺陷。在本說明書中提到的"一個(gè)實(shí)施例"、"實(shí)施例"、"示例性實(shí)施例" 等，都意味著結(jié)合實(shí)施例所描述的特定的特征、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。在本說明書各處出現(xiàn)的這些詞語并不一定都指同一 個(gè)實(shí)施例。此外，當(dāng)結(jié)合任一實(shí)施例來描述特定的特征、結(jié)構(gòu)、或特性時(shí)， 則認(rèn)為其落入本領(lǐng)域技術(shù)人員可以結(jié)合其它的實(shí)施例來實(shí)施這些特征、結(jié)構(gòu) 或特性的范圍內(nèi)。雖然以上參考本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)施例而對實(shí)施例進(jìn)行了描述，但應(yīng) 理解的是，本領(lǐng)域人員可以導(dǎo)出落在此公開文件的原理的精神和范圍內(nèi)的許 多其它改型和實(shí)施例。更具體地說，在此公開文件、附圖以及所附權(quán)利要求 書的范圍內(nèi)，能夠?qū)M件和/或附件組合排列中的排列進(jìn)行各種變更與改型。 除了組件和/或排列的變更與改型之外，本發(fā)明的其他應(yīng)用對本領(lǐng)域技術(shù)人員 而言也是顯而易見的。
權(quán)利要求
1、一種圖像傳感器，包括襯底，包括具有低互連的電路；第一電極、本征層和第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，順序位于所述襯底上；和第二電極，位于所述第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層上，所述第二電極包括透明電極。
2、 依據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，進(jìn)一步包括電介質(zhì)，位于所述 第一電極之間、所述本征層之間和所述第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層之間和所述第二 電極之間，配置為使相鄰的所述第一電極、相鄰的所述本征層和相鄰的所述 第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層互相絕緣。
3、 依據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，進(jìn)一步包括上互連，用于電連 接相鄰的所述第二電極。
4、 依據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，其中所述上互連包括暗金屬或 不透明金屬。
5、 依據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，進(jìn)一步包括第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電 層，位于所述第一電極和所述本征層之間。
6、 依據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述第二電極包括摻雜A1 的ZnO、摻雜Ga的氧化鋅以及摻雜Al和Ga的ZnO中的至少一種。
7、 依據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像傳感器，其中第二導(dǎo)電類型是P-型。
8、 依據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，其中第一導(dǎo)電類型是N-型。
9、 依據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述本征層和所述第二導(dǎo) 電類型導(dǎo)電層形成多個(gè)光電二極管。
10、 依據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，其中所述第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層、 所述本征層和所述第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層形成多個(gè)光電二極管。
11、 一種圖像傳感器的制造方法，該方法包括 在襯底上形成包括有低互連的電路；在所述襯底上順序形成第一電極、本征層和第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層；和 在所述第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層上形成第二電極，所述第二電極為透明電極。
12、 依據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，進(jìn)一步包括選擇性地蝕刻所述第一電極、所述本征層、所述第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層和 所述第二電極以形成溝槽，從而劃分所述第一電極、所述本征層、所述第二 導(dǎo)電類型導(dǎo)電層和所述第二電極；和在所述溝槽中形成電介質(zhì)。
13、 依據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括形成上互連，所述上互 連電連接被劃分的第二電極。
14、 依據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述上互連包括暗金屬或不透 明金屬。
15、 依據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，進(jìn)一步包括在形成所述本征層之前， 在所述第一 電極上形成第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層。
16、 依據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第二電極包括摻雜Al的 ZnO、摻雜Ga的氧化鋅和摻雜Al及Ga的ZnO中的至少一種。
17.
18、 依據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中使用濺射系統(tǒng)、電子束蒸發(fā)系 統(tǒng)、分子束外延系統(tǒng)和激光系統(tǒng)中的至少一種來形成所述第二電極。
19、 依據(jù)權(quán)利要求11的所述方法，其中以大約10。C至大約400。C范圍 內(nèi)的溫度形成所述第二電極。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圖像傳感器及其制造方法。該圖像傳感器包括襯底、第一電極、本征層、第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層和第二電極。包括低互連的電路設(shè)置在襯底上。第一電極、本征層和第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層順序堆疊在襯底上。第二電極設(shè)置在第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層上，并且包括非暴露的透明電極。本發(fā)明能夠提高傳感器的性能并且降低制造成本。
文檔編號H01L31/0224GK101308861SQ20081009929
公開日2008年11月19日 申請日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月16日
發(fā)明者沈千萬 申請人:東部高科股份有限公司