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。
技術(shù)背景典型CMOS圖像傳感器包括用于接收光學信號以將光學信號轉(zhuǎn)換為電 信號的光電二極管區(qū)域和用于處理電信號的晶體管區(qū)域。依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，光電二極管和晶體管被水平設置在CMOS圖像傳感器中。換言之，在依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器中，將光電二極管和晶體 管設置在襯底上，以使它們水平地互相鄰近。因此，需要額外的用于光電二 極管的區(qū)域。因此，可能減小填充系數(shù)區(qū)域(fill factor area)，進而使分辨 率受到限制。另外，在同時制造光電二極管和晶體管時，依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像 傳感器難以使制造工藝最優(yōu)化。此外，在依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器中，如果像素的尺寸增加， 則CMOS圖像傳感器的分辨率會降低。同樣地，如果用于光電二極管的區(qū)域 減小，則圖像傳感器的靈敏度會減小。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實施例涉及一種圖像傳感器及其制造方法。本發(fā)明的實施例提供一種圖像傳感器及其制造方法，該圖像傳感器包括 能夠提升量子效率的光電二極管。依據(jù)實施例，提供一種能夠提高分辨率和靈敏度的圖像傳感器及其制造 方法。本發(fā)明實施例采用垂直設置的光電二極管。此外，實施例可以防止在光 電二極管中形成某些缺陷。依據(jù)實施例的圖像傳感器可包括襯底上的電路、連接至該襯底上的電 路的低互連、低互連上的碳納米管(carbon nanotube)、碳納米管上的導電 聚合物層和碳納米管上的透明導電電極。依據(jù)實施例的制造圖像傳感器的方法可包括在襯底上形成電路；在襯 底上形成連接至電路的低互連；在低互連上形成碳納米管；在碳納米管上形 成導電聚合物層；以及在碳納米管上形成透明導電電極。本發(fā)明能夠提高量子效率。


圖1是顯示依據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的橫截面視圖。 圖2A至圖2F是用于描述依據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的制造方法的 橫截面視圖。圖3是依據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的橫截面視圖。 圖4是依據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的橫截面視圖。 圖5是依據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的橫截面視圖。 圖6是依據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的橫截面視圖。
具體實施方式
此后，將參考所附附圖描述依據(jù)實施例的圖像傳感器及其制造方法。 在實施例的描述中，應理解的是，在層被稱為在另一層或襯底"上"時， 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，應理解的是， 在層被稱為在另一層"下"時，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，還應理解的是，在層被稱為在兩層"之間"時， 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。參考圖l，圖像傳感器可以包括形成在襯底UO上的光電二極管。光電 二極管可以包括碳納米管150和形成在碳納米管150上的導電聚合物層 (conductive polymer layer) 160。透明導電電極(TCE) 170可以形成在碳納 米管150和導電聚合物層160上。盡管在圖中沒有示出，但襯底110配置有 用于各個像素的電路。低互連(lower interconnection) 140可以通過例如形 成在位于襯底110上的層間介電層120上的互連130而將光電二極管連接到襯底110上的電路。依據(jù)實施例，在碳納米管150中傳送電子的過程可以如下。具體地，可以通過外部光而在導電聚合物層160中產(chǎn)生電子和空穴。然后，可方便地、快速地通過碳納米管150將電子傳送至低互連140。根據(jù)碳納米管150的結(jié)構(gòu)，其可以具有金屬性質(zhì)或半導體性質(zhì)。此外，碳納米管150可以具有單壁結(jié)構(gòu)或多壁結(jié)構(gòu)。在這種情況中，單壁結(jié)構(gòu)指的是以單圓柱形結(jié)構(gòu)制造碳納米管150，多壁結(jié)構(gòu)指的是碳納米管150具有多層結(jié)構(gòu)。在另一實施例中，圖像傳感器可以包括像素之間的絕緣體180，以禁止像素之間的串擾(cross-talk)。在實施例中，可以在光電二極管之間設置絕緣體180。在具體實施例中，絕緣體180包括第一絕緣部件182、金屬部件184和第二絕緣部件186。在又一實施例中，可以在光電二極管上形成濾色鏡190和微透鏡200。 因此，本發(fā)明可以將晶體管電路和光電二極管垂直集成。 依據(jù)本發(fā)明的實施例，可以使用碳納米管來形成光電二極管。通過使用碳納米管，可以升高量子效率。此外，由于晶體管電路和光電二極管的垂直集成，因此填充因數(shù)可以接近100%。依據(jù)題述(subject)圖像傳感器的實施例，其靈敏度高于同樣像素尺寸 的現(xiàn)有技術(shù)的靈敏度。此外，與常規(guī)技術(shù)的制造成本相比，在實現(xiàn)同樣的分辨率時，依據(jù)題述 圖像傳感器的實施例可以降低制造成本。因為電路和光電二極管的垂直集成，在不降低靈敏度下，可以在各個單 位像素中實現(xiàn)更復雜的電路。此外，可以在光電二極管下方設置附加的片上電路(on-chip circuitry) 以提高圖像傳感器的性能。另外，可以實現(xiàn)小尺寸元件并且降低制造成本。因為可以采用垂直集成的光電二極管，所以可以減少光電二極管中出現(xiàn) 的缺陷。此后，將參考圖2A至圖2F來描述依據(jù)實施例的圖像傳感器的制造方法。 參考圖2A，可以將襯底110設置為具有形成在其上的電路(未示出)?？梢栽谝r底110上形成層間介電層120和互連130。可以在層間介電層120上形成低互連層140，以與互連130電連接。接下來，可以在低互連140上形成催化劑層152。在某些實施例中，催 化劑層152可以包括具有鐵磁性質(zhì)的鈷(Co)、鐵(Fe)或鎳(Ni)。依據(jù)實施例，由于可以在包含具有鐵磁性質(zhì)的Co、 Fe或Ni的層上沉積 碳納米管150，所以可以利用催化劑層152選擇性地沉積碳納米管150。因此，如圖2B中所示，通過光刻工藝可以選擇性地將催化劑層152和 低互連140圖案化，提供將沉積碳納米管150的區(qū)域。參考圖2C，可以接著將碳納米管150選擇性地沉積在剩余的催化劑層 152上。例如，可以在催化劑層152上垂直沉積厚度在IOA至100000A范圍 內(nèi)的碳納米管150。依據(jù)實施例，在沉積碳納米管150之前，可以通過等離子體處理來激活 催化劑層152。激活的等離子體處理可以促使碳納米管150的選擇性沉積。參照圖2D，可以使用導電聚合物層160來涂敷碳納米管150。導電聚合 物層160可以包括共軛聚合物(conjugated polymer)。例如，導電聚合物層160可以包括但不限于聚噻吩(polythiophene)及 其衍生物(諸如3,4-乙烯二氧噻吩(3,4-ethylenedioxythiophene))和聚苯胺 及其衍生物(諸如聚吡咯(polypyrrol))?？蛇x擇地，導電聚合物層160可 以包括具有共軛結(jié)構(gòu)的聚合物。通過熱固化工藝或UV固化工藝，可以將聚 合物材料涂敷在襯底上，。在一個實施例中，實質(zhì)上，可以通過將上述導電 聚合物的單體涂敷在原位置上來形成導電聚合物層160。接下來，可以在碳納米管150上沉積透明導電電極(TCE) 170。參考圖2E，通過光刻和蝕刻工藝，可以將所得到的結(jié)構(gòu)圖案化，以形成 包含有碳納米管150的光電二極管，其中該光電二極管被例如單位像素分離。參考圖2F，可以設置絕緣體180以阻止像素之間的串擾。絕緣體180 可以包括第一絕緣部件182、金屬部件184和第二絕緣部件186。第一絕緣 部件182和第二絕緣部件186可以為氧化層。在一個實施例中，可以通過順序形成第一氧化層、金屬層和第二氧化層， 然后實施諸如化學機械拋光工藝的回蝕處理，來形成絕緣體180。在另一實施例中，可以在透明導電電極170上形成濾色鏡l卯。在某些實施例中，可以通過在透明導電電極170上涂敷可染色的樹脂并 且實施曝光和顯影工藝，來形成濾色鏡190。濾色鏡190可以為RGB (紅-綠-藍)濾色鏡，用于過濾各個對應波長的光線。在又一實施例中，可以在透 明導電電極170上另外形成絕緣層(未示出)，接著在該絕緣層上形成濾色 鏡190。在利用RGB濾色鏡的實施例中，為了確保用于焦距調(diào)整和形成透鏡層 的平整度，可以在濾色鏡層l卯上另外形成平坦化層(未示出)。此外，可以設置微透鏡200。在實施例中，可以將用于微透鏡的光致抗 蝕劑層(未示出)涂敷在濾色鏡190上，然后通過曝光和顯影工藝選擇性地 將該光致抗蝕劑層圖案化，以形成微透鏡光致抗蝕劑圖案(未示出)。此后，可以相對于微透鏡光致抗蝕劑圖案來實施回流工藝(reflow process)，從而形成依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的微透鏡。該回流工藝可以通 過以下步驟來實施在熱板(hot plate)上安置具有微透鏡光致抗蝕劑圖案 的襯底110，然后以15(TC或更高的溫度加熱襯底110以形成具有半球形狀 的微透鏡200。隨后，可以在微透鏡200上形成保護層(未示出)。在一個實施例中， 保護層可以為透明氧化層。在依據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的制造方法中，可以垂直集成晶體管 電路和用于各個像素的相應光電二極管。此外，可以使用碳納米管形成光電 二極管，從而可以提高量子效率。圖3是示出依據(jù)第二實施例的圖像傳感器的橫截面視圖。依據(jù)第二實施例的圖像傳感器可以利用依據(jù)上述實施例的圖像傳感器 的基本特性。但是，在依據(jù)第二實施例的圖像傳感器中，碳納米管150a可以摻雜有 第二導電類型材料。依據(jù)具體實施例，可以在低互連140上形成第一導電類 型導電層210，可以在形成第一導電類型導電層210上第二導電類型碳納米 管150a。在一個實施例中，第一導電類型導電層210可以包括n摻雜非晶硅。然 而，實施例不限制于此。依據(jù)某些實施例，第一導電類型導電層210包括但不限于通過對非晶硅添加鍺、碳、氮或氧來獲得的a-Si:H、 a-SiGe:H、 a-SiC、 a-SiN:H或a-SiO:H。通過例如等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)工藝的化學氣相沉積 (CVD)工藝，可以形成第一導電類型導電層210。例如，可以通過應用硅 烷氣(SiH4)和PH3或P2Hs的混合物的PECVD工藝，使用非晶硅形成第一 導電類型導電層210。在一個實施例中，碳納米管150a可以摻雜有P型材料。然而，實施例 不限于此。圖4是示出依據(jù)第三實施例的圖像傳感器的橫截面視圖。 依據(jù)第三實施例的圖像傳感器可以利用依據(jù)上述實施例的圖像傳感器 的基本特性。然而，依據(jù)第三實施例的圖像傳感器可進一步包括形成在第一導電類型 導電層210上的本征層220。第二導電類型碳納米管150a可以形成在本征層 220上。在一個實施例中，使用非晶硅可以形成本征層220。通過例如PECVD 的CVD可以形成本征層220。例如，可以通過應用SiH4的PECVD工藝，使 用非晶硅形成本征層220。圖5是顯示依據(jù)第四實施例的圖像傳感器的橫截面視圖。 依據(jù)第四實施例的圖像傳感器可以采用依據(jù)上述實施例的圖像傳感器 的基本特性。然而，依據(jù)第四實施例的圖像傳感器可以包括第一導電類型碳納米管 150b。在實施例中，可以在第一導電類型碳納米管150b上形成第二導電類 型導電層230。在另一實施例中，圖像傳感器可以包括形成在第一導電類型 碳納米管150b上的本征層220，以及形成在本征層220上的第二導電類型導 電層230。在一個實施例中，碳納米管150b可摻雜有N型材料。然而，實施例不 限于此。在形成本征層220的工藝之后，可以形成第二導電類型導電層230。在 一個實施例中，可以使用p摻雜的非晶硅來形成第二導電類型導電層230。 然而，實施例不限于此。依據(jù)實施例，通過例如PECVD工藝的CVD工藝，可以形成第二導電類型導電層230。例如，，通過應用SiH4和硼(B)的混合物的PECVD工藝， 使用非晶硅可以形成第二導電型導電層230。圖6是顯示依據(jù)實施例的圖像傳感器的橫截面圖。參看圖6，導電聚合物(圖l、圖3、圖4和圖5中的160)可以包括第 一顏色導電聚合物162、第二顏色導電聚合物164和第三顏色導電聚合物 166。在利用顏色聚合物的實施例中，可以省略濾色鏡(例如圖1中的190)。例如，依據(jù)實施例，導電聚合物可以為紅色(R)導電聚合物162、綠 色(G)導電聚合物164和藍色(B)導電聚合物166。因此，由于可以采用利用彩色聚合物的導電聚合物，所以，無需添加濾 色鏡就可以進行顏色過濾。在本說明書中提到的"一個實施例"、"實施例"、"示例性實施例" 等，都意味著結(jié)合實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) 明的至少一個實施例中。在本說明書各處出現(xiàn)的這些詞語并不一定都指同一 個實施例。此外，當結(jié)合任一實施例來描述特定的特征、結(jié)構(gòu)、或特性時， 則認為其落入本領(lǐng)域技術(shù)人員可以結(jié)合其它的實施例來實施這些特征、結(jié)構(gòu) 或特性的范圍內(nèi)。雖然以上參考本發(fā)明的多個示例性實施例而對實施例進行了描述，但應 理解的是，本領(lǐng)域人員可以導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，包括晶體管電路；低互連，位于所述襯底上，連接至所述晶體管電路；碳納米管，位于所述低互連上；和導電聚合物層，位于所述碳納米管上。
2. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述碳納米管摻雜有第二導 電類型材料。
3. 依據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，進一步包括第一導電類型導電 層，位于所述低互連上且位于所述碳納米管下。
4. 依據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，進一步包括本征層，位于所述第 一導電類型導電層上且位于所述碳納米管下。
5. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中碳納米管摻雜有第一導電類 型材料。
6. 依據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，進一步包括第二導電類型導電 層，位于所述碳納米管上。
7. 依據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像傳感器，進一步包括本征層，位于所述碳 納米管上且位于第二導電類型導電層下。
8. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述導電聚合物層包括彩色 聚合物。
9. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，進一步包括在碳納米管上的透明 導電電極。
10. —種圖像傳感器的制造方法，包括步驟 提供包括晶體管電路的襯底；在所述襯底上形成低互連，所述低互連連接到所述晶體管電路； 在所述低互連上形成碳納米管；和 在所述碳納米管上形成導電聚合物層。
11. 依據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中在所述低互連上形成所述碳納米 管的步驟包括在所述低互連上形成催化劑層；和在所述催化劑層上沉積所述碳納米管。
12. 依據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進一步包括在將所述碳納米管沉積在 所述催化劑層上之前，根據(jù)單位像素將所述催化劑層和所述低互連圖案化。
13. 依據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，進一步包括以所述第二導電類型材料 對所述碳納米管摻雜。
14. 依據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括在形成所述碳納米管之 前，在所述低互連上形成第一導電類型導電層。
15. 依據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進一步包括在形成所述碳納米管之 前，在所述第一導電類型導電層上形成本征層。
16. 依據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，進一步包括使用所述第一導電類型材 料對碳納米管摻雜。
17. 依據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進一步包括在所述碳納米管上形成第 二導電類型導電層。
18. 依據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進一步包括在形成所述第二導電類型 導電層之前，在所述碳納米管上形成本征層。
19. 依據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中所述導電聚合物層包括彩色聚合物。
20. 依據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，進一步包括在所述碳納米管上形成透 明導電電極。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圖像傳感器及其制造方法。該圖像傳感器可以包括位于襯底上的晶體管電路和設置在該晶體管電路上方的光電二極管。該光電二極管可以包括碳納米管和位于碳納米管上的導電聚合物層?？梢詫⑼该鲗щ婋姌O設置在碳納米管上。本發(fā)明可以提高量子效率。
文檔編號H01L31/102GK101308862SQ20081009929
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