專利名稱：圖像感測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種光電裝置，特別有關(guān)于一種使用次微米結(jié)構(gòu)
(submicron structure )的圖像感測裝置。
背景技術(shù)：
隨著光電產(chǎn)品諸如數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字圖像記錄器、具有圖像拍攝功能的手 機(jī)、以及監(jiān)視器逐漸普及化，圖像感測裝置的需求也與日俱增。圖像感測裝 置用于記錄來自圖像的光學(xué)信號的變化并且將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電子信號。在 記錄及處理上述電子信號之后，便可產(chǎn)生數(shù)字圖像。而圖像感測裝置一般可 分為二種主要類型 一種為電荷耦合裝置(charge-coupled device, CCD)， 而另一禾中為互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal oxide semiconductor ， CMOS )裝置。
為了提高圖像感測裝置的性能，近期開發(fā)出側(cè)向整合CMOS圖像感測裝 置，其在每一像素中使用CMOS電路并以光電二極管作為光感測裝置。CMOS 電路可增加光敏性并減少噪聲，容許縮小像素尺寸而同時(shí)能維持其功能。對 于典型的側(cè)向整合CMOS圖像感測裝置而言，光電二極管以及CMOS電路 彼此相鄰地形成于硅基板上，因而降低填充因素(fill factor)，導(dǎo)致光感測 器的光敏性降低。如果要通過增加像素尺寸來維持其光敏性，將會使分辨率 降低。
美國專利第6,709,885號揭示一種圖像感測裝置，其將光電二極管垂直 整合制作于CMOS控制電路上方，用以增加填充因素。因此，上述的圖像感 測裝置相較于具有相同像素尺寸的側(cè)向整合CMOS圖像感測裝置而言，可具 有較高的光敏性、
然而，當(dāng)為了提升分辨率而縮小像素尺寸以形成更多的像素時(shí)，填充因 素會降低，且因?yàn)橄袼刂g的無效區(qū)(dead zone)增加而造成暗電流(dark current)的增加，加重圖像延遲效應(yīng)(image lag effect)。光電二極管的無效區(qū)所指的是光電荷轉(zhuǎn)換效率不佳以及因電荷載子產(chǎn)生熱而形成暗電流的區(qū)域。因而當(dāng)光線進(jìn)入光電二極管時(shí)，在無效區(qū)處并沒有任何信號產(chǎn)生。
因此，有必要尋求一種新的圖像感測裝置結(jié)構(gòu)，其能夠通過降低圖像感測裝置中的暗電流而減輕圖像延遲效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種圖像感測裝置，其通過在裝置中形成次微米結(jié)構(gòu)來改變?nèi)肷涔庑羞M(jìn)方向，以增加光耦合效率而降低暗電流。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明提供一種圖像感測裝置，其包括基板及設(shè)置于基板上的光電二極管?；寰哂邢袼貐^(qū)以及至少一個(gè)集成電路位于像素區(qū)的基板內(nèi)。光電二極管包括下電極、光電轉(zhuǎn)換層、以及透明上電極。下電極設(shè)置于基板上，且電連接至集成電路。光電轉(zhuǎn)換層設(shè)置于下電極上方，且該光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)具有次微米結(jié)構(gòu)。透明上電極設(shè)置于光電轉(zhuǎn)換層上方。
如上所述的圖像感測裝置，其中該光電轉(zhuǎn)換層包括第一子層，具有第一導(dǎo)電型，且鄰近該透明上電極；以及第二子層，由本質(zhì)半導(dǎo)體材料所構(gòu)成，且設(shè)置于該第一子層與該下電極之間。
如上所述的圖像感測裝置，其中該光電轉(zhuǎn)換層還包括第三子層，具有相反于該第一導(dǎo)電型的第二導(dǎo)電型，且設(shè)置于該第二子層與該下電極之間。
如上所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次微米凹口，排置于該第二子層與該第三子層之間的界面。
如上所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次微米凹口，排置于該第一子層的上表面。
如上所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次微米凹口，排置于該第一子層與該第二子層之間的界面。
如上所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次微米凹口，所述多個(gè)次微米凹口具有不同的寬度以及不同的間距。
如上所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次微米凹口，所述多個(gè)次微米凹口的數(shù)量與該光電二極管的尺寸成正比。
如上所述的圖像感測裝置，其中該光電轉(zhuǎn)換層由本質(zhì)半導(dǎo)體材料所構(gòu)成，且該光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)具有N型或P型的摻雜區(qū)，與該透明上電極接觸。如上所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次微米凹口，排置于該慘雜區(qū)與該透明上電極之間的界面。
如上所述的圖像感測裝置，其中所述多個(gè)次微米凹口對稱排置于該下電極的中心線的兩側(cè)。
如上所述的圖像感測裝置，其中所述多個(gè)次微米凹口非對稱排置于該下電極的中心線的兩側(cè)。
如上所述的圖像感測裝置，其中該下電極由金屬所構(gòu)成。
如上所述的圖像感測裝置，其中該透明上電極由銦錫氧化物或銦鋅氧化物所構(gòu)成。
如上所述的圖像感測裝置，其中該光電轉(zhuǎn)換層由非晶硅、微晶硅、鍺化硅、碲化鎘、硒化鎘、硫化鎘、銅銦硒化物、銅銦鎵硒化物、或染料敏化二氧化鈦所構(gòu)成。


圖1為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像感測裝置剖面示意圖。
圖2至圖4為示出根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的用于圖像感測裝置的光電二極管剖面示意圖。
其中，附圖標(biāo)記說明如下
10 入射光；100~基板；104 下電極；108 第二子層；112 光電轉(zhuǎn)換層；
112b 摻雜區(qū)；
114 透明上電極；P 像素區(qū)；Sl、 S2 凹口間距。
具體實(shí)施例方式
以下說明本發(fā)明的實(shí)施例
10' 光線；102 集成電路；106 第三子層；110 第一子層；
112a 次微米結(jié)構(gòu)；
113 次微米凹口；L 虛線；
Wl、 W2 凹口寬度；
此說明的目的在于提供本發(fā)明的總體概念而并非用以限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
圖1為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像感測裝置剖面示意圖。圖像感測裝置包括基板100及設(shè)置于上方的多個(gè)光電二極管?；?00包括硅基板或其它公知的半導(dǎo)體基板，具有像素區(qū)P，用以排置像素陣列(未示出)。像
素陣列中的每一單元像素包括對應(yīng)且形成于基板ioo上的光電二極管，以將來自入射光10的光信號轉(zhuǎn)換成電子信號。在本實(shí)施例中，多個(gè)集成電路(IC)102設(shè)置于像素區(qū)P的基板100內(nèi)，且電連接至對應(yīng)的光電二極管。此處為了簡化附圖，僅示出出兩個(gè)光電二極管及兩個(gè)集成電路102。每一集成電路102可為CCD或CMOS電路或是專用集成電路(application specific integratedcircuit, ASIC)，且用于控制對應(yīng)的單元像素。
每一光電二極管可包括下電極104、透明上電極110、以及設(shè)置于其間的光電轉(zhuǎn)換層112。下電極104設(shè)置于基板100上，且通過接觸窗(via)(未示出)而電連接至下方的集成電路102。下電極104可由金屬所構(gòu)成，例如銅、鋁、或其合金，或由其它公知的電極材料所構(gòu)成。在其它的實(shí)施例中，下電極104可由金屬及覆蓋該金屬的金屬阻擋材料所構(gòu)成，其中金屬阻擋材料包括鈦或鉭。透明上電極110設(shè)置于光電轉(zhuǎn)換層112上方，可由透明導(dǎo)電材料所構(gòu)成，例如銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)或銦鋅氧化物(indiumzinc oxide, IZO )。
光電轉(zhuǎn)換層112設(shè)置于下電極104上方，可由非晶硅(amorphous silicon)、微晶硅(microcrystalline silicon)、鍺化硅(SiGe)、碲化鎘(CdTe)、硒化鎘(CdSe)、硫化鎘(CdS)、銅銦硒化物(copper indium diselenide, CIS)、銅銦鎵硒化物(copper indium gallium diselenide，CIGS)、或染料敏化二氧化鈦(dye-sensitized Ti02)所構(gòu)成。再者，光電轉(zhuǎn)換層112可為單層結(jié)構(gòu)或是多層結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，光電轉(zhuǎn)換層112為多層結(jié)構(gòu)且包括具有第一導(dǎo)電型的第一子層(sub-layer) 110、由本質(zhì)(intrinsic)半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的第二子層108、以及具有相反于第一導(dǎo)電型的第二導(dǎo)電型的第三子層106。舉例而言，第一子層110、第二子層108、以及第三子層106由非晶硅所構(gòu)成，且第一導(dǎo)電型為P型，而第二導(dǎo)電型為N型。
請參照圖1，第一子層IIO鄰近于透明上電極114。第二子層108設(shè)置于第一子層110與下電極104之間。第三子層106設(shè)置于第二子層108與下 電極104之間。另一種情形是光電轉(zhuǎn)換層112具有二個(gè)子層，其中一個(gè)鄰近 于透明上電極114且為N或P型，另一個(gè)則鄰近下電極104且由半導(dǎo)體材料 所構(gòu)成。
通常下電極104的尺寸小于第三子層106，使得無效區(qū)(dead zone) D 形成于單元像素之間與第三子層106邊緣處。當(dāng)填充因素因像素尺寸縮小而 降低時(shí)，光電二極管中產(chǎn)生的暗電流會因?yàn)閱卧袼刂g的無效區(qū)D相對變 大而增加，因而加重圖像延遲效應(yīng)。為了解決上述問題，特別使用了具有次 微米結(jié)構(gòu)112a的光電轉(zhuǎn)換層112，使入射光IO通過次微米結(jié)構(gòu)112a時(shí)發(fā)生 共振，且來自入射光10的光線10，彎轉(zhuǎn)朝向下電極104。在本實(shí)施例中，次 微米結(jié)構(gòu)112a包括多個(gè)次微米凹口 113，排置于第一子層110與第二子層 108之間的界面。再者，次微米凹口 113可具有不同的凹口寬度及不同的凹 口間距。舉例而言，其中一個(gè)鄰近下電極104中心的次微米凹口 113的凹口 寬度Wl小于另一個(gè)鄰近下電極104周邊的次微米凹口 113的凹口寬度W2。 再者，凹口間距Sl小于凹口間距S2。當(dāng)入射光10沿著大體垂直于下電極 104表面的方向通過次微米結(jié)構(gòu)112a時(shí)，上述這些次微米凹口 113可對稱排 置于通過下電極104中心的虛線L的兩側(cè)。當(dāng)入射光10沿著傾斜于下電極 104表面的方向通過次微米結(jié)構(gòu)112a時(shí)，上述這些次微米凹口 113可非對稱 排置于下電極104中心虛線L的兩側(cè)。須注意的是雖然圖1中具有四個(gè)凹口 113形成于一個(gè)單元像素，然而凹口 113的數(shù)量依據(jù)焦長度以及聚焦點(diǎn)的形 狀而定。再者，當(dāng)單元像素尺寸或是光電二極管尺寸增加時(shí)，凹口113的數(shù) 量也可增加。另外，雖然圖1中每一凹口 113為方形，然而凹口113可為弦 波(sine)形或是三角形。
須注意的是入射光10發(fā)生共振時(shí)，載子會形成于第二子層108 (或本質(zhì) 半導(dǎo)體層)的上表面。再者，彎轉(zhuǎn)的光線10'會增加光耦合效率而縮小無效 區(qū)D。因此，可降低光電二極管中所產(chǎn)生的暗電流，以減輕圖像延遲效應(yīng)。
圖2至圖4為示出根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的用于圖像感測裝置的光電二 極管剖面示意圖，其中相同于圖1的部件系使用相同的標(biāo)號并省略相關(guān)的說 明。請參照圖2，次微米結(jié)構(gòu)112a包括多個(gè)次微米凹口 113排置于第一子層 110的上表面。再者，請參照圖3，次微米結(jié)構(gòu)112a包括多個(gè)次微米凹口 113排置于第二子層108與第三子層106之間的界面。另外，請參照圖4，不同 于圖1至圖3所示的實(shí)施例，光電轉(zhuǎn)換層112為本質(zhì)半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的單 層結(jié)構(gòu)，其內(nèi)具有N或P型的摻雜區(qū)112b。在本實(shí)施例中，摻雜區(qū)112b形 成于光電轉(zhuǎn)換層112的上半部，且與透明上電極114接觸。光電轉(zhuǎn)換層112 的次微米結(jié)構(gòu)112a排置于摻雜區(qū)112b與透明上電極114之間的界面。
雖然本發(fā)明己以優(yōu)選實(shí)施例公開如上，然其并非用以限制本發(fā)明，本領(lǐng) 域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作變更與修飾，因此本發(fā) 明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種圖像感測裝置，包括基板，具有像素區(qū)以及至少一個(gè)集成電路，所述至少一個(gè)集成電路位于該像素區(qū)的該基板內(nèi)；以及光電二極管，設(shè)置于該像素區(qū)的該基板的上方，包括下電極，設(shè)置于該基板上，其中該下電極電連接至該集成電路；光電轉(zhuǎn)換層，設(shè)置于該下電極的上方，且該光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)具有次微米結(jié)構(gòu)；以及透明上電極，設(shè)置于該光電轉(zhuǎn)換層的上方。
2. 如權(quán)利要求l所述的圖像感測裝置，其中該光電轉(zhuǎn)換層包括 第一子層，具有第一導(dǎo)電型，且鄰近該透明上電極；以及 第二子層，由本質(zhì)半導(dǎo)體材料所構(gòu)成，且設(shè)置于該第一子層與該下電極之間。
3. 如權(quán)利要求2所述的圖像感測裝置，其中該光電轉(zhuǎn)換層還包括第三 子層，具有相反于該第一導(dǎo)電型的第二導(dǎo)電型，且設(shè)置于該第二子層與該下 電極之間。
4. 如權(quán)利要求3所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次 微米凹口，排置于該第二子層與該第三子層之間的界面。
5. 如權(quán)利要求2所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次 微米凹口，排置于該第一子層的上表面。
6. 如權(quán)利要求2所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次 微米凹口，排置于該第一子層與該第二子層之間的界面。
7. 如權(quán)利要求1所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次微米凹口 ，所述多個(gè)次微米凹口具有不同的寬度以及不同的間距。
8. 如權(quán)利要求1所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次微 米凹口 ，所述多個(gè)次微米凹口的數(shù)量與該光電二極管的尺寸成正比。
9. 如權(quán)利要求1所述的圖像感測裝置，其中該光電轉(zhuǎn)換層由本質(zhì)半導(dǎo)體 材料所構(gòu)成，且該光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)具有N型或P型的摻雜區(qū)，與該透明上電極 接觸。
10. 如權(quán)利要求9所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次微米凹口，排置于該摻雜區(qū)與該透明上電極之間的界面。
11. 如權(quán)利要求1所述的圖像感測裝置，其中所述多個(gè)次微米凹口對稱排置于該下電極的中心線的兩側(cè)。
12. 如權(quán)利要求1所述的圖像感測裝置，其中所述多個(gè)次微米凹口非對稱排置于該下電極的中心線的兩側(cè)。
13. 如權(quán)利要求l所述的圖像感測裝置，其中該下電極由金屬所構(gòu)成。
14. 如權(quán)利要求1所述的圖像感測裝置，其中該透明上電極由銦錫氧化物或銦鋅氧化物所構(gòu)成。
15. 如權(quán)利要求1所述的圖像感測裝置，其中該光電轉(zhuǎn)換層由非晶硅、微晶硅、鍺化硅、碲化鎘、硒化鎘、硫化鎘、銅銦硒化物、銅銦鎵硒化物、或染料敏化二氧化鈦所構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種圖像感測裝置。圖像感測裝置包括基板及設(shè)置于基板上的光電二極管?；寰哂邢袼貐^(qū)以及至少一個(gè)集成電路位于像素區(qū)的基板內(nèi)。光電二極管包括下電極、光電轉(zhuǎn)換層、以及透明上電極。下電極設(shè)置于基板上，且電連接至集成電路。光電轉(zhuǎn)換層設(shè)置于下電極上方，且其內(nèi)部具有次微米結(jié)構(gòu)。透明上電極設(shè)置于光電轉(zhuǎn)換層上方。本發(fā)明能夠增加光耦合效率，并且降低暗電流。
文檔編號H01L27/146GK101521214SQ20081012566
公開日2009年9月2日 申請日期2008年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月28日
發(fā)明者李孝文 申請人:采鈺科技股份有限公司