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)：
CMOS圖像傳感器通常包括用于光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光電二極管區(qū) 域和用于處理轉(zhuǎn)換后的電信號的晶體管區(qū)域。
通常，將光電二極管和晶體管水平設(shè)置在襯底上。這種設(shè)置可稱為水平 型CMOS圖像傳感器。
艮P，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的水平型CMOS圖像傳感器中，對于每個單位像素， 光電二極管和晶體管相鄰地形成在襯底上。因此，對于光電二極管而言，每 個單位像素的像素區(qū)域中需要額外的區(qū)域。這減小了填充系數(shù)(fill factor) 區(qū)域并且限制了提高分辨率的可能性。
另外，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，由于光電二極管陣列的像素之間的串?dāng)_，可能導(dǎo) 致圖像傳感器的圖像質(zhì)量下降。
此外，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的水平型CMOS圖像傳感器中，難以實現(xiàn)同時形 成光電二極管和晶體管的這樣的優(yōu)化制造工藝。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種能夠提供對于晶體管電路和光電二極管的 新的集成的圖像傳感器及其制造方法。
根據(jù)實施例，提供一種能夠抑制光電二極管像素之間的串?dāng)_的圖像傳感 器及其制造方法。
在一個實施例中，圖像傳感器可以包括第一下金屬線和第二下金屬線， 位于包含有電路的襯底上；下電極，位于該第一下金屬線上；分隔金屬圖案， 圍繞在該下電極的周圍；本征層，位于該下電極上；第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層， 位于該本征層上；以及上電極，位于該第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層上。在另一實施例中，圖像傳感器的制造方法可以包括在襯底上形成包含 第一下金屬線和第二下金屬線的電路；在該第一下金屬線上形成下電極；在 該下電極的周圍形成分隔金屬圖案；在該下電極上形成本征層；在該本征層 上形成第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層；以及在該第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層上形成上電極。
在附圖和下文的描述中闡述了一個或者多個實施例的細(xì)節(jié)。通過下面的 描述、附圖和權(quán)利要求書，本發(fā)明的其它特征將是顯而易見的。


圖1示出根據(jù)實施例的圖像傳感器的剖面圖2示出根據(jù)實施例的圖像傳感器的效果的俯視圖3至圖5示出根據(jù)實施例圖像傳感器的制造方法的剖面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將參考附圖詳細(xì)描述圖像傳感器及其制造方法的實施例。 在對實施例的描述中，應(yīng)該理解的是，當(dāng)層(或膜)被指為位于另一層 或襯底"上"時，其可以直接位于另一層或襯底上，或者可以存在中間層。 此外，可以理解的是，當(dāng)層(或膜)被指為位于另一層"下"時，其可以 直接位于另一層下，或者可以存在一個或多個中間層。此外，還可以理解的 是，當(dāng)層(或膜)被指為介于兩層之間時，其可以是介于兩層之間的一個層， 或者可以存在一個或多個中間層。
參見圖1，根據(jù)實施例的圖像傳感器可以包括襯底(未示出)，其上
形成有包含第一下金屬線120和第二下金屬線125的電路；下電極130，位 于第一下金屬線120上；分隔金屬圖案(separation metal pattern) 135，圍繞 下電極130并連接至第二下金屬線125;本征層143，位于下電極130上； 第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層145，位于本征層143上；以及上電極150，位于第二 導(dǎo)電類型導(dǎo)電層145上。
在進(jìn)一步的實施例中，圖像傳感器可包括第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層141， 位于下電極130上，用來提供PIN二極管結(jié)構(gòu)。
可以使用非晶硅層來形成一個或多個導(dǎo)電層141、 145和本征層143。 根據(jù)實施例，因為使用金屬(分隔金屬圖案135)來分隔每一個像素陣列，因此能夠抑制像素之間的串?dāng)_的發(fā)生。
分隔金屬圖案135可以沿像素之間的邊界形成。例如，分隔金屬圖案135 可以以沿著像素之間的邊界連接的狀態(tài)形成。此外，可以將分隔金屬圖案135 形成為電連接到第二下金屬線125。
此時，第二下金屬線125可以設(shè)置在分隔金屬圖案135的部分下表面下。 例如，將第二金屬線125形成在像素的邊緣。
根據(jù)實施例，向第二下金屬線125施加反向偏壓，向第一下金屬線120 施加正向偏壓。如圖2所示，通過在第一下金屬線120和第二下金屬線125 上施加電勢差，使得在光電二極管140中產(chǎn)生的電子通過第二下金屬線125 的斥力和第一下金屬電極120的引力而朝向相應(yīng)的像素的下電極130移動。 通過使分隔金屬圖案135圍繞下電極130并且在第一下金屬線120及第二下 金屬線125上施加偏壓，可以抑制像素之間的串?dāng)_。
也就是說，當(dāng)施加偏壓于第一下金屬線120及第二下金屬線125上時(從 而在下電極130和分隔金屬圖案135之間產(chǎn)生電勢差)，如圖2所示，通過 僅在正向偏壓下從金屬非晶半導(dǎo)體界面形成的肖特基勢磊使電子移動。當(dāng)施 加反向偏壓時，電子不移動通過施加了反向偏壓的第二下金屬線125。此外， 由于各像素中產(chǎn)生的電子的移動被限制在通過勢磊施加了反向偏壓得第二 下金屬線125周圍，因此電子朝向第一下電極130移動，從而能夠進(jìn)行像素 隔離，其中該第一下電極130是正方向(電子流動的方向)上最近的焊盤。
更進(jìn)一步，因為產(chǎn)生串?dāng)_的像素之間的電子移動主要是通過第一導(dǎo)電類 型導(dǎo)電層141產(chǎn)生的，因此，上述結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)充分的像素隔離。因此，能 夠省略本征層143內(nèi)的這些額外的隔離結(jié)構(gòu)和/或第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層143。 從而，可以省略形成這種結(jié)構(gòu)的額外的蝕刻步驟。
參照圖3和圖5來說明根據(jù)實施例的圖像傳感器的制造方法。
圖3至圖5是沿圖2中的I-I'方向所取的剖面圖。
參見圖3，在襯底(未示出)上形成電路(未示出)。在襯底上形成第 一下金屬線120和第二下金屬線125并連接至該電路。
在襯底上可以形成層間絕緣層110?？梢酝ㄟ^選擇性蝕刻該層間絕緣層 IIO來形成第一下金屬線120和第二下金屬線125，從而形成溝槽，并且用 金屬層來填充該溝槽。此時，可以對于每個像素形成第一下金屬線120，但是不需要對于每個 像素形成第二下金屬線125。 g卩，對于每個器件單元，可以形成一個或多個 第二下金屬線125。例如， 一個第二下金屬層125可以用作提供電源(或接 地)信號到隨后形成的、沿多個像素的邊界的分隔金屬圖案135。這特別適 用于當(dāng)分隔金屬層135連接相鄰像素的情況(參見例如圖2)。
接下來，可以形成下電極130和分隔金屬圖案135。例如，在第一下金 屬線120上形成下電極130，并使分隔金屬圖案135形成為圍繞在下電極130 的周圍。
可以同時地或依次地形成該下電極BO和該分隔金屬圖案135。 可以相同的導(dǎo)電材料或不同的導(dǎo)電材料形成該下電極130和該分隔金屬 圖案135。
例如，當(dāng)使用相同的導(dǎo)電材料來形成下電極130和分隔金屬圖案135時， 可以同時形成下電極130和分隔金屬圖案135。根據(jù)實施例，通過在包含第 一下金屬線120和第二下金屬線125的襯底的整個表面上形成導(dǎo)電層，并使 用光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩模來選擇性蝕刻導(dǎo)電層，從而同時形成下電極 B0和分隔金屬圖案135。
可使用本領(lǐng)域內(nèi)公知的任何適當(dāng)?shù)慕饘傩纬上码姌O130和分隔金屬圖案 135，例如，鋁(Al)，銅(Cu)或鈷(Co)。
分隔金屬圖案135可沿像素之間的邊界形成。例如，可以以沿像素之間 的邊界連接的狀態(tài)形成分隔金屬圖案135。
此時，可以將第二下金屬線125設(shè)置形成在分隔金屬圖案135的部分下 表面的下方。比如，可以在像素的邊緣形成第二金屬線125。
接下來，參見圖4，可以在下電極130上形成第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層141。 在某些實施例中，可以省略第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層141。在實施例中，第一導(dǎo) 電類型導(dǎo)電層可以用作PIN 二極管的N層。SP，第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層141 可以是N型導(dǎo)電層，但是實施例并不僅限于此。
在一個實施例中，該第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層141可以由N-摻雜非晶硅形 成。例如，第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層141可以由通過在非晶硅中添加Ge、 C、 N、 O而形成的a-Si:H、 a-SiGe:H、 ai-SiC、 a-SiN:H或a-SiO:H來形成。通過化 學(xué)氣相沉積(CVD)工藝?yán)绲入x子體增強(qiáng)型CVD (PECVD)來形成第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層141。根據(jù)實施例，利用PH3或P2Hs與硅垸(SiH4)氣體混 合的PECVD形成第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層141。
接下來，參見圖5，可以在第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層141上(或當(dāng)該第一導(dǎo) 電類型導(dǎo)電層141省略時在該下電極130上)形成本征層143。該本征層可 用作在實施例中使用的PIN 二極管的I層。
在一個實施例中，本征層143可以由非晶硅形成。通過CVD工藝?yán)?PECVD工藝來形成本征層143。例如，可使用硅垸(SiH4)氣體，通過PECVD 來形成本征層143。
此后，可以在本征層143上形成第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層145。可以在原處 (in-situ)形成第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層145和本征層143。在實施例中，第二導(dǎo) 電類型導(dǎo)電層145用作實施例中使用的PIN 二極管的P層。第二導(dǎo)電類型導(dǎo) 電層145可為P型導(dǎo)電層。但是實施例并不僅限于此。
在實施例中，第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層145可由P摻雜非晶硅形成。通過使 用CVD工藝?yán)鏟ECVD來形成第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層145。例如，通過硼(B) 和硅烷(SiH4)氣體混合的PECVD來形成第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層145。
接下來，可以在第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層145上形成上電極150。該上電極 150可由具有高的光穿透性和高導(dǎo)電性的透明電極材料形成。例如，可由銦 錫氧化物(ITO)或者是鎘錫氧化物(CTO)形成上電極150。
在進(jìn)一步實施例中，可以在該上電極150上形成濾色層(未示出)。
根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器和圖像傳感器制造方法能夠提供晶體 管電路和光電二極管的垂直集成。
此外，根據(jù)實施例，由于使用金屬來隔離利用非晶硅基光電二極管的圖 像傳感器的像素陣列中的像素，因此能夠抑制像素間的串?dāng)_。
此外，根據(jù)實施例，因為在非晶硅層沉積后，并沒有執(zhí)行額外的蝕刻或 CMP工藝，因此可以使光電二極管中產(chǎn)生的缺陷最小化，從而提高暗特性。
此外，根據(jù)實施例，晶體管電路和光電二極管的垂直集成能夠獲得接近 100%的填充系數(shù)。
此外，根據(jù)實施例，晶體管電路和光電二極管的垂直集成能夠提供比現(xiàn) 有技術(shù)相高的靈敏度。
另外，根據(jù)實施例，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠減小用于獲得選擇的分辨率的制造成本。
此外，根據(jù)實施例，通過提供垂直集成，在不降低靈敏度的情況下，每 一個像素單元可以實現(xiàn)更復(fù)雜的電路。
另外，能溝通過此實施例集成的額外片上電路可以改善性能，實現(xiàn)器件 小型化和節(jié)約制造成本的目的。
說明書中所涉及的"一實施例"、"實施例"、"示例性實施例"等， 其含義是結(jié)合實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)、或特性均包括在本發(fā)明的至少 一個實施例中。說明書中出現(xiàn)于各處的這些短語并不一定都涉及同一個實施 例。此外，當(dāng)結(jié)合任何實施例描述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性時，都認(rèn)為其落在 本領(lǐng)域技術(shù)人員結(jié)合其它實施例就可以實現(xiàn)這些特征、結(jié)構(gòu)或特性的范圍 內(nèi)。
盡管對實施例的描述中結(jié)合了其中多個示例性實施例，但可以理解的是 本領(lǐng)域技術(shù)人員完全可以推導(dǎo)出許多其它變化和實施例，并落入本公開內(nèi)容 的原理的精神和范圍之內(nèi)。尤其是，可以在該公開、附圖和所附權(quán)利要求的 范圍內(nèi)對組件和/或附件組合設(shè)置中的設(shè)置進(jìn)行多種變化和改進(jìn)。除組件和/ 或設(shè)置的變化和改進(jìn)之外，其他可選擇的應(yīng)用對于本領(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，包括第一下金屬線和第二下金屬線，位于包含有電路的襯底上；下電極，位于該第一下金屬線上；分隔金屬圖案，圍繞在該下電極的周圍；本征層，位于該下電極上；第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，位于該本征層上；以及上電極，位于該第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層上。
2、 如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，還包括第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層，位 于該下電極上。
3、 如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中，該分隔金屬圖案電連接至 該第二下金屬線。
4、 如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中，該分隔金屬圖案沿多個像 素之間的邊界放置。
5、 如權(quán)利要求4所述的圖像傳感器，其中，該分隔金屬圖案被設(shè)置為 沿所述多個像素之間的該邊界連接的狀態(tài)。
6、 如權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，其中，該第二下金屬線連接至該 分隔金屬圖案的部分下表面。
7、 如權(quán)利要求6所述的圖像傳感器，其中，連接該分隔金屬圖案，以 經(jīng)由該第二下金屬線施加偏壓來提供肖特基勢壘。
8、 如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中，該下電極和該分隔金屬圖 案包含相同的材料。
9、 一種圖像傳感器的制造方法，包括如下步驟 在襯底上形成包含第一下金屬線和第二下金屬線的電路； 在該第一下金屬線上形成下電極； 在該下電極的周圍形成分隔金屬圖案； 在該下電極上形成本征層； 在該本征層上形成第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層；以及 在該第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層上形成上電極。
10、 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括如下步驟在形成該本征層之前，在該下電極上形成第一導(dǎo)電類型導(dǎo)電層。
11、 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，在形成該分隔金屬圖案的步驟中， 該分隔金屬圖案被形成為與該第二金屬線電連接。
12、 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，在形成該分隔金屬圖案的步驟中， 該分隔金屬圖案沿多個像素之間的邊界形成。
13、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，在形成該分隔金屬圖案的步驟 中，該分隔金屬圖案被形成為沿所述多個像素之間的該邊界連接的狀態(tài)。
14、 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，該下電極和該分隔金屬圖案以相 同的導(dǎo)電材料同時形成。
15、 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，該下電極和該分隔金屬圖案被依 次形成。
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，在該襯底上形成有包含第一下金屬線和第二下金屬線的電路。下電極形成在該第一下金屬線上。分隔金屬圖案圍繞下電極并且連接至第二金屬線。本征層形成在下電極上。第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層形成在本征層上。上電極形成在第二導(dǎo)電類型導(dǎo)電層上。本發(fā)明將偏壓施加在第二下金屬線上從而使分隔金屬圖案提供肖特基勢壘，將電子導(dǎo)向下電極并且抑制像素之間的串?dāng)_。
文檔編號H01L27/146GK101431088SQ20081017442
公開日2009年5月13日 申請日期2008年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月5日
發(fā)明者金兌圭 申請人:東部高科股份有限公司