专利名称：图像传感器结构及其制作方法
技术领域：
本发明提供一种图像传感器的制作方法，尤指 一种能减少载流子串扰问 题的图像传感器的制作方法。
背景技术：
互才卜式金属氧"f匕4勿半导体(complementary metal oxide semiconductors, CMOS )或电荷耦合装置(charge coupled device, CCD )等图像传感器皆属 于硅半导体装置，可捕捉光子，并将其转换成电子，经传输后再次转换为可 量测的电压，以得到数字数据。目前业界已研发出一种光导体覆有源像素 (photoconductor-on-active-pixel ， POAP )图像传感器，其结构以氢化 一 —晶硅 (hydrogenated amorphous silicon, a-Si:H)为感光it/f牛基石出，并i,叠于CCD 或CMOS元件上。此种光导体覆有源像素图像传感器的感测结果较传统的 CCD或CMOS图像传感器更加良好。由于光导体覆有源像素图像传感器具 有特殊的堆叠结构，因此具有高集光有效面积比(fill factor)的优点，其整 个像素面积都能用来感测光子，再配合a-Si:H材料有效转换能量的特性，便 能达到高量子效率。然而，在已知研究中，此种图像传感器仍然有串扰 (cross-talk)、图像延迟(image lag)以及漏电流信号等问题。其中，载流 子串扰相邻像素的问题尤其会造成严重的解析度与均匀性不足等问题，也会 在像素间造成色彩上的串扰，导致色彩失真。
请参考图1,图1为已知一光导体覆有源像素的图像传感器10的侧剖面 示意图。已知光导体覆有源像素图像传感器10包含设于基底12上的多个次 像素14a、 14b、设于各次像素14a、 14b的内的多个像素电路16、设于像素 电路16之上的多个像素电极18a、 18b、设于像素电极18a、 18b上的光导层 20、以及设于光导层20上的透明导电层22，其中像素电极18a、 18b分别通 过接触插塞24而电连接于其下方的像素电路16。此外，光导层20则包含 a-Si:H材料，用来接受光线并将光线依照强度转换成对应的电荷量。
已知图像传感器10的制作方法先在基底12表面形成多个像素电路16以及设于介电层26内的接触插塞24。然后，在基底12上沉积导电层，经由 光刻暨蚀刻工艺而在各次像素14a、 14b中定义出像素电极18a、 18b。接着， 在基底12上沉积光导材料，再进行光刻暨蚀刻工艺而定义出光导层20的图 案。之后，在基底12表面全面形成透明导电材料，通过第三光刻暨蚀刻工 艺而形成透明导电层22。因此，在传统图像传感器10的制作方法中，由像 素电极18a、 18b至透明导电层22的工艺共需要至少三道光刻工艺与三种光 掩模，工艺复杂且成本昂贵。
此外，当已知图像传感器IO的不同像素电极18a、 18b具有不同的电压 时，相邻像素14a、 14b之间会产生具有电压差的电场，导致相邻像素14a、 14b之间发生漏电流。举例言之，若像素电极18b具有高电位VH,而像素 电极18a具有低电位VL,即可能产生漏电流由高电位VH的像素电极18b 流至相邻具低电位VL的像素电极18a。因此产生串扰问题，而影响到图像 感测的正确性，导致感测结果失真。传统解决图像传感器10的串扰方法， 在像素电极18a、 18b之间另提供导电电极，通过该导电电极在次像素14a、 14b之间另提供一垂直电场，当该垂直电场大于次像素14a、 14b之间的横向 电场时，才能改善串扰问题。然而，在元件集成度不断提高的技术发展和市 场需求下，要在像素电极18a、 18b之间另外制作导电电极的难度也越来越 高，且导电电极的制作也增加了图像传感器10的整体制造成本。
因此，如何以简单工艺来制作出图像传感器，且能同时改善上述图像传 感器的串扰问题，仍为业界需要不断研究发展的重要议题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种图像传感器的制作方法，以改善已知图 像传感器串扰、工艺繁复和高制造成本等问题。
根据本发明的权利要求，提供一种制作图像传感器的方法。首先提供一 表面定义了多个次像素的基底，接着依序在基底表面形成第一导电层以及光 导层，然后图案化该第一导电层以及该光导层，以在各次像素中分别形成像 素电极以及感光结构，且相邻次像素间的像素电极与感光结构互不相连接。 接着，在基底上形成图案化介电层，暴露出各该次像素的感光结构，再于基 底表面形成透明导电层，设于各次像素的感光结构上。
由于本发明先形成第一导电层与光导层，再进行蚀刻工艺而一并图案化
7第一导电层和光导层，因此可以比传统图像传感器的制作方法减少工艺步骤 以及光掩模数目，能大幅降低工艺成本。再者，在各次像素中，图案化的第 一导电层和光导层分别形成像素电极和感光结构，使得相邻次像素间的像素 电极和感光结构互不相连，因此可以阻断次像素之间的载流子串扰情形，改 善已知图像传感器图像感测失真等问题。
图1至图8为本发明图像传感器制作方法的第一实施例的工艺示意图。 图9至图IO为本发明图像传感器制作方法的第二实施例的工艺示意图。 图11至图13为本发明制作图像传感器方法的第三实施例的工艺示意图。
附图标记说明
10图像传感器12基底
14a、14b 次像素16像素电路
18a、18b 像素电极20光导层
22透明导电层24接触插塞
26介电层ioo图像传感器
102基底104次像素
106像素电路IOM妻触插塞
110第一导电层112光导层
114第二导电层116n型层
118本征层120p型层
122光致抗蚀剂层124光掩模
126像素电极图案128介电层
130感光结构132像素电极
134缺口136SOG层
138光致抗蚀剂层140透明导电层
142透明导电层144介电层
146光致抗蚀剂层148透明导电层
具体实施例方式
请参考图2至图8，图2至图8为本发明制作图像传感器的第一实施例 的示意图。本发明图像传感器100为光导体覆有源像素图像传感器。首先， 提供基底102，其可为半导体基底，例如硅基底。基底102表面定义有多个 次像素104,并包含多个像素电路106设于基底102上的介电层128内。接 着，依序在基底102上形成第一导电层110、光导层112以及第二导电层114。 第一导电层IIO可包含氮化钛或其他金属材料，通过各次像素104中的接触 插塞108而与对应的像素电路106电连接。光导层112由下而上依序包含n 型层(n-layer) 116、本4正层(intrinsic layer, i-Iayer ) 118以及p型层(p-type layer) 120,然而在其他实施例中，光导层112由下而上也可依序包含p型 层、本征层以及n型层。n型层116与p型层120可包含氢化非晶质碳化硅 (hydrogenated amorphous silicon carbide, a-SiC:H)才才术牛,而本^正层118则 可包含氢化非晶硅材料。此外，第二导电层114优选为透明导电层，例如包 含氧化铟锡材料。
接着，如图3所示，在基底102上形成光致抗蚀剂层122。使用包含有 像素电极图案的光掩模124进行光刻工艺，在光致抗蚀剂层122上定义出像 素电极图案126于各次像素104中。然后，如图4所示，以光致抗蚀剂层122 当作蚀刻掩模，进行蚀刻工艺以图案化第二导电层114、光导层112以及第 一导电层110,移除光致抗蚀剂层122所暴露出的部分第二导电层114、光 导层112以及第一导电层110，直至介电层128表面。剩下的光导层112以 及第一导电层110分别在各次像素104中形成感光结构130与像素电极132， 且相邻次像素104之间具有缺口 134。然后，移除光致抗蚀剂层122。
请参考图5，在基底102上形成介电材料层。在本实施例中，该介电材 料层以旋涂方式形成的含硅材料，亦即旋涂式玻璃(spin-onglass, SOG)层 136,其覆盖于第二导电层114之上并且填满缺口 134。接着，请参考图6， 在基底102上形成光致抗蚀剂层138,其感光特性优选相反于光致抗蚀剂层 122。使用光掩模124进行光刻工艺来定义光致抗蚀剂层138的图案，使光 致抗蚀剂层138的图案约略相反于像素电极图案126,暴露出位于像素电极 132上方的部分SOG层136,并覆盖住缺口 134内的SOG层136。
然后如图7所示，以光致抗蚀剂层138当作蚀刻掩模，进行蚀刻工艺， 以移除未被光致抗蚀剂层138覆盖的SOG层136,直至第二导电层114表面，以在基底102上形成图案化的介电层。在此蚀刻工艺中，以第二导电层114 当作蚀刻停止层，同时第二导电层114亦可用来保护光导层112。由于p型 层(或n型层)120通常只有50到100埃的厚度，为了避免p型层(或n型层)120 在蚀刻工艺中损失厚度而影响到感光功能，因此必须利用其上方的第二导电 层114来提供緩冲功能。然而，在其他实施例中，若能确保此蚀刻工艺或其 他移除SOG层136的方法能不伤害到光导层112，则在先前工艺中便不需在 光导层112上制作第二导电层114。之后，移除光致抗蚀剂层138。
接着，请参考图8,在基底102表面沉积透明导电层140，覆盖第二导 电层114的上表面和SOG层136表面，其中透明导电层140通过第二导电 层114而电连接于感光结构130，且可包含氧化铟锡等透明导电材料。之后， 可继续在基底102上方制作平坦层、彩色滤光层等，以完成本发明图像传感 器的制作。
值得注意的是，在前述实施例中移除SOG层136的方法并不限于图6 至7所披露的蚀刻工艺，亦可利用研磨方式来移除SOG层136。请参考图9 至图10,图9至图10为本发明图像传感器制作方法的第二实施例的工艺示 意图，其中图9接续在图5后的工艺，亦即在基底102上形成SOG层136 之后，便可如图9所示，以化学机械抛光工艺移除位于像素电极132上方的 SOG层136，直至暴露出第二导电层114表面。接着，如图IO所示，在基 底102上形成透明导电层142，电连接于第二导电层114与感光结构130。
请参考图11至图13,图11至图13为本发明制作图像传感器方法的第 三实施例的工艺示意图，其中图11接续于前述实施例图4的工艺。在本实 施例中，以SOG材料以外的其他介电材料填于缺口 134中，因此所形成的 图像传感器的剖面形状稍微不同于前述实施例。如图11所示，以氧化物、 氮化硅、氮氧化硅或其他介电材料顺着基底102表面的轮廓(profile)沉积介 电层144,覆盖基底102上的第二导电层114以及缺口 134底部的介电层128 与侧壁的第一导电层110、光导层112、第二导电层1M。接着如图12所示， 在基底102上形成光致抗蚀剂层146,光致抗蚀剂层146同时填入缺口 134 中。然后，使用光掩模124而于光致抗蚀剂层146上定义出相反于像素电极 132的图案，并暴露出像素电极132上方的部分介电层144。
如图13所示，接着以光致抗蚀剂层146为蚀刻掩模而进行蚀刻工艺， 移除暴露出的介电层144。之后，移除光致抗蚀剂层146，再于顺着基底102表面的轮廓形成透明导电层148，例如包含氧化铟锡材料，覆盖在第二导电
层114与剩下的介电层144上，同时覆盖在缺口 134的底面与侧壁上。
值得注意的是，在前述第一至第三实施例中，用来定义感光结构130与 像素电极132的光掩模124亦使用于用来定义SOG层136或介电层144的 图案7—且一两者为相反的互补图案，因此光致抗蚀剂层122与光致抗蚀剂层
蚀剂层122包含正型光致抗蚀剂材料时，则光致抗蚀剂层138、 146必须使 用负型光致抗蚀剂以定义出相反于像素电极图案126的互补图案，反之亦然。 再者，光致抗蚀剂层122用来定义像素电极132的图案，而以光致抗蚀剂层 138、 146在SOG层136与介电层144中所定义出的互补图案略小于像素电 极132的面积，其利用曝光光刻比例等光刻参数的调整。所以本发明方法使 用同 一光掩模124来定义出不同材料层的图案，可以有效节省光掩模成本。
相较于现有技术，由于本发明方法先在基底上制作第一导电层、光导层 与第二导电层，再一并进行蚀刻工艺来移除部分第一导电层、光导层与第二 导电层，因此仅需使用一道光掩才莫便可定义出像素电极和感光结构，相较现 有技术必须分别用两道以上光掩模来制作像素电极与感光结构的工艺，本发 明更能节省工艺步骤与成本。同时，本发明工艺方法以简单的工艺而在各次 像素间制作不相连的感光结构，可以有效避免载流子串扰问题，不需在次像 素之间另外设置导电电极便可有效改善图像感测结果。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变 化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1、一种制作图像传感器的方法，该方法包含有提供基底，其表面定义有多个次像素；依序在该基底表面形成第一导电层以及光导层；图案化该第一导电层以及该光导层，以分别在各该次像素中形成像素电极以及感光结构，并且相邻的各该次像素的这些像素电极以及这些感光结构不相连接；在该基底表面形成图案化介电层，并且暴露出各该次像素的该感光结构；以及在该基底表面形成透明导电层，设于各该次像素内的该感光结构上。
2、 如权利要求1所述的方法，其中图案化该第一导电层与该光导层的 方法包含有下列步骤在该基底上形成第一光致抗蚀剂层；进行第一光刻工艺，以在该第一光致抗蚀剂层中定义出像素电极图案； 利用该第一光致抗蚀剂层作为蚀刻掩模，移除部分该光导层与该第一导 电层；以及移除该第 一光致抗蚀剂层。
3、 如权利要求l所述的方法，其中形成该图案化介电层的方法包含有 在该基底表面形成一介电材料层；以及进行化学机械抛光工艺移除部分该介电材料层，直至暴露出各该次像素 中的该感光结构。
4、 如权利要求l所述的方法，其中形成该图案化介电层的方法包含有 在该基底表面形成介电材料层； 在该介电材料层表面形成第二光致抗蚀剂层；进行第二光刻工艺，在该第二光致抗蚀剂层中定义出该像素电极图案的 互补图案；利用该第二光致抗蚀剂层作为蚀刻掩模，以移除部分该介电材料层；以及移除该第二光致抗蚀剂层。
5、 如权利要求4所述的方法，其中该第二光刻工艺以及该图案化该第一导电层的步骤使用同一光掩模所完成。
6、 如权利要求1所述的方法，其中该图案化介电层包含氧化物、氮化 硅或氮氧化硅。
7、 如权利要求l所述的方法，其中该图案化介电层包含旋涂式玻璃层。
8、 如权利要求l所述的方法，其中该透明导电层包含氧化铟锡材料。
9、 如权利要求1所述的方法，其中该光导层由n型层、本征层以及p 型层依序堆叠而成。
10、 一种制作图像传感器的方法，该方法包含有 提供基底，其表面定义有多个次像素；依序在该基底表面形成第一导电层、光导层以及第二导电层； 图案化该第一导电层、该光导层、以及该第二导电层，以分别在各该次 像素中形成像素电极、感光结构以及图案化第二导电层，并且相邻的各该次 像素的该像素电极、该感光结构以及该图案化第二导电层不相连接；在该基底表面形成图案化介电层，并且暴露出各该次像素的该图案化第 二导电层；以及在该基底表面形成第三导电层，设于各该次像素内的该图案化第二导电 层上。
11、 如权利要求IO所述的方法，其中图案化该第一导电层、该光导层 以及该第二导电层的方法包含有下列步骤在该基底上形成第一光致抗蚀剂层；进行第 一光刻工艺，在该第 一光致抗蚀剂层中定义出像素电极图案； 利用该第一光致抗蚀剂层作为蚀刻掩模，以移除部分该第二导电层、该 光导层、与该第一导电层；以及 移除该第 一光致抗蚀剂层。
12、 如权利要求10所述的方法，其中形成该图案化介电层的方法包含有在该基底表面形成介电材料层；以及进行化学机械抛光工艺移除部分该介电材料层，直至暴露出各该次像素 中的该图案化第二导电层。
13、 如权利要求10所述的方法，其中形成该图案化介电层的方法包含有在该基底表面形成介电材料层；在该介电材料层表面形成第二光致抗蚀剂层；进行第二光刻工艺，在该第二光致抗蚀剂层中定义出该像素电极图案的互补图案；利用该第二光致抗蚀剂层作为蚀刻掩模，以移除部分该介电材料层；以及移除该第二光致抗蚀剂层。
14、 如权利要求13所述的方法，其中该第二光刻工艺以及该图案化该 第一导电层的步骤使用同一光掩模所完成。
15、 如权利要求10所述的方法，其中该图案化介电层包含氧化物、氮 化硅或氮氧化硅。
16、 如权利要求10所述的方法，其中该图案化介电层包含旋涂式玻璃层。
17、 如权利要求10所述的方法，其中该第二导电层以及该第三导电层 均为透明导电层，包含氧化铟锡材料。
18、 如权利要求IO所述的方法，其中该光导层由n型层、本征层以及p 型层依序堆叠而成。
19、 一种图像传感器结构，包括 基底，其表面定义有多个次像素；像素电极以及感光结构，依序堆叠于各该次像素的该基底上； 图案化介电层，设于各该次像素之间，以分隔相邻的各该次像素的该像素电极以及该感光结构；以及透明导电层，设于该图案化介电层以及各该次像素的该感光结构上。
20、 如权利要求19所述的图像传感器结构，其中该图案化介电层包含 氧化物、氮化硅或氮氧化硅。
21、 如权利要求19所述的图像传感器结构，其中该图案化介电层包含 旋涂式玻璃层。
22、 如权利要求19所述的图像传感器结构，其中该透明导电层包含氧 化铟锡材料。
23、 如权利要求19所述的图像传感器结构，其中该感光结构由n型层、 本征层以及p型层依序堆叠而成。
24、 如权利要求19所述的图像传感器结构，其中各该次像素的该感光结构上包含图案化第二导电层。
25、 如权利要求24所述的图像传感器结构，其中该图案化第二导电层 包含氧化铟锡材料。
全文摘要
本发明提供一种制作图像传感器的方法。首先提供包含多个次像素的基底，依序在基底上形成导电层与光导层。然后图案化该导电层和光导层，分别于各次像素中形成像素电极以及感光结构，且相邻次像素的像素电极以及感光结构不相连接。接着在基底表面形成图案化介电层，暴露出各次像素的感光结构，以及在基底表面形成透明导电层，设于各次像素内的感光结构上。
文档编号H01L21/70GK101308815SQ20071010398
公开日2008年11月19日 申请日期2007年5月17日 优先权日2007年5月17日
发明者张锦维, 王鸿宪, 陈鸿年 申请人:力晶半导体股份有限公司