专利名称：图像传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种传感器，尤其是，涉及一种图像传感器及其制造方法。
技术背景一般来说，图像传感器是用于将光学图像转换为电信号的一种半导体器 件，并且一般主要地分类为电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化 硅(CMOS)图像传感器(CIS)。CCD图像传感器具有多种缺点，比如，复杂的驱动模式、高能耗、和由 于相对大量的光刻工艺步骤的复杂的制造工艺。因此，近来，CMOS图像传感 器受到关注，作为用于克服CCD缺点的下一代图像传感器。CMOS图像传感器通过在单元像素内形成光电二极管和MOS晶体管，以 依次检测每个单位像素的电信号，获得图像。传统的CMOS图像传感器可以分为用于把光信号转换为电信号的光电二 极管区(未示出)和用于处理电信号的晶体管区(未示出)。然而，根据现有 技术的CMOS图像传感器具有其中光电二极管和晶体管横向排列的结构。虽 然由于横向CMOS图像传感器已经解决了 CCD图像传感器的缺点，仍然还有 很多问题。即，根据现有技术的横向图像传感器，光电二极管和晶体管在衬底 上互相紧邻的横向制造。这样，对于光电二极管需要额外的区域，因此，存在 填充因子减小和限制可能的高分辨率的问题。此外，很难同时优化制造光电二极管和晶体管的工艺。即，在用于制造 晶体管的即时(prompt)工艺中，低薄层电阻需要浅结，然而在用于制造光电 二极管的工艺中，浅结可能不合适。此外，当图像传感器增加附加的片内功能，或者像素大小将增加以保持图像传感器的灵敏度或光电二极管需要的区域将减小以保持像素大小。如果像 素大小增加以保持灵敏度，图像传感器的分辨率减小。如果光电二极管区域减 小以保持像素大小，传感器的灵敏度可能减小。发明内容因此，本发明涉及一种图像传感器及其制造方法，其基本上消除由于现有 技术的局限性和缺陷引起的一个或多个问题。本发明的一个目的在于提供一种能够提供晶体管电路和光电二极管的新 的集成的图像传感器，以及用于制造该图像传感器的方法。本发明的另一目的在于提供一种能够防止泄漏电流的图像传感器，以及用 于制造该图像传感器的方法。本发明的另一目的在于提供一种能够同时改进分辨率和灵敏度的图像传 感器，以及用于制造该图像传感器的方法。本发明的另一目的在于提供一种能够防止即使在采用垂直光电二极管的 光电二极管内的缺陷的图像传感器，以及用于制造该图像传感器的方法。本发明的其它优点、目的和特征将在说明书中阐明，熟悉本领域的普通技 术人员从说明书可以明白，或可以通过本发明的实施方式理解。本发明的目的 和其它优点将通过说明书和权利要求书以及附图所指出的结构来实现和获得。为了获得这些目的和其它的优点并根据本发明的目的，如在此具体和广泛 描述的， 一种图像传感器包括包括电路的衬底，在所述衬底上顺序地形成的 底部电极、本征层、第一导电层，在所述第一导电层上形成的扩散阻挡膜；和 在所述扩散阻挡膜上形成的上部透明电极。本发明的另一方面， 一种用于制造图像传感器的方法包括在包括电路的衬底上顺序地形成底部电极、本征层、和第一导电层，在所述第一导电层上形成扩散阻挡膜；并且在所述扩散阻挡膜上形成上部透明电极。应该理解，本发明上面的概括性描述和下面的详细说明都是示例性和解释性的，其目的在于对本发明的权利要求作进一步解释。
本申请所包含的附图用于进一步理解本发明，其与说明书相结合并构成说明书的一部分，本发明图示的实施方式与说明书一起解释本发明的原理。在 图中图1示出了根据本发明一实施方式的图像传感器的截面图； 图2至5示出了用于制造根据本发明一实施方式的图像传感器的方法的截 面图。
具体实施方式
现在参照附图所示的示例，详细说明本发明的图像传感器及其制造方法。 在本发明的优选实施方式的说明中，当描述任何构件为在每层"上或下" 形成，该说明包括在每层上或下包括插入的其它层直接或间接形成的构件。 (实施方式)图1示出了根据本发明一实施方式的图像传感器的截面图。 根据本发明的图像传感器包括包括电路(未示出)的衬底110;依次在 衬底110上形成的底部电极130、本征层150、和第一导电层160;在第一导电层160上形成的扩散阻挡膜(diffusion barrier film) 170;以及在扩散阻挡膜 170上形成的上部透明电极180。图像传感器可以提供晶体管电路和光电二极管的垂直集成。在本发明的实 施方式中，扩散阻挡膜170通过执行等离子体处理或类似处理以防止泄漏电流 在导电层160上形成。例如，扩散阻挡膜170可以是氮丰富(N-rich)第一导电层。例如，扩散 阻挡膜170可以是其中氮气在第一导电层上扩散的层。此外，例如，通过执行 等离子体处理或类似处理，并且通过使氧气浓度等于或小于60%形成扩散阻 挡膜170，可以防止上部透明电极180中的氧气扩散到光电二极管100内部。根据本发明实施方式的图像传感器还可以包括金属配线124、电子传输线 122、和第二导电层140。包括第二导电层140、本征层150和第一导电层160 的层可以称为光电二极管100。这里，第一导电层160可以是第一导电类型， 而第二导电层140可以是第二导电类型。同时，第一导电类型可以与第二导电 类型相反。在下文中，将参照图2至5说明根据本发明实施方式用于制造图像传感器 的方法。首先，如图2所示，顺序在包括电路(未示出)的衬底110上形成底部电 极130、本征层150、和第一导电层160。在衬底110内部，可以形成金属配线124和电子传输线122。底部电极130可以由包括金属、合金、或硅化物的各种导电材料形成。例 如，底部电极130可以通过使用PVD(物理气相沉积)方法，沉积比如Cr(铬)， Ti (钛)，TiW (钛-钨)或Ta (钽)的金属形成，这些金属容易形成硅化物。在本发明的实施方式中，在电子传输线122和底部电极130之间可以进一 步形成阻挡金属(未示出)。阻挡金属可以由钨、钛、钽或其氮化物形成。当 然，也可以不形成阻挡金属。下面，可以进一步在底部电极130上形成第二导电层140。同时，如果需要，也可以不形成第二导电层140执行下面的工艺。第二导 电层140可以作为本实施方式采用的PIN二极管的N层。gp,第二导电层140 可以是N—型导电层，但不局限于此。第二导电层140可以用N掺杂非晶硅形成，但不局限于此。即，第二导 电层140还可以通过给非晶硅添加锗、碳、氮、或氧气形成为a-Si:H、 a-SiGe:H、 a-SiC、 a-SiN:H、或a-SiO:H。通过化学气相沉积(CVD)，例如PECVD (等 离子体增强化学气相沉积)形成第二导电层140。例如，第二导电层140可以 通过PECVD结合硅垸气体(SiH4)与PH3、 P2Hs或类似的形成为非晶硅。下面，本征层150在包括第二导电层140的衬底110上形成。本征层150 作为本实施方式采用的PIN 二极管的I层。本征层150可以用非晶硅形成。本征层150可以通过化学气相沉积(CVD)， 例如PECVD形成。例如，本征层150可以通过PECVD用硅烷气体(SiH4) 或类似的由非晶硅形成。然后，第一导电层160在本征层150上形成。第一导电层160可以在本征 层150后序的工艺中形成。第一导电层160作为本实施方式采用的PIN 二极管 的P层。即，第一导电层160可以是P—型导电层，但不局限于此。第一导电 层160可以通过化学气相沉积(CVD)，尤其是PECVD或类似的形成。例如， 第一导电层160可以通过PECVD结合硅烷气体(SiH4)与硼或类型的形成非 晶硅°下面，在第一导电层160上形成扩散阻挡膜170 (参照图4)。作为用于形成扩散阻挡膜170的第一种方法，如图3所示的第一导电层 160的表面受到等离子体处理(T)，以在如图4所示的第一导电层160上形 成扩散阻挡膜170。例如，在100到400°C的温度和大约10托到100托的压 力下，用N2执行等离子体处理(T)，从而形成薄氮丰富P掺杂a-Si:H层170。 这样形成的层可以起到扩散阻挡膜的作用，防止在后面说明的上部透明电极 180中氧气扩散。通过使得扩散阻挡膜170中氧气浓度等于或小于60%可以发 挥扩散阻挡膜效果，防止氧气扩散。另一方面，作为用于形成扩散阻挡膜170的第二种方法，执行气体簇离子 束处理(gas cluster ion beam treatment)以在第一导电层160上形成扩散阻挡 膜170。例如，根据气体簇离子束处理，使用N2形成100到9000pm的气体 簇离子束。使用气体簇离子束，在第一导电层160上形成扩散阻挡膜170。通 过使得扩散阻挡膜170的氧气浓度等于或小于60%发挥扩散阻挡膜效果，防 止氧气扩散。在上述第二种方法中采用的气体簇离子是以不同于单个N离子束的低能 量状态的簇N离子。这样，气体簇离子具有较高重量，他们会碰撞导电层160 的表面。因此，气体簇离子只在导电层160的表面具有有限的效果，并且可以 最小化表面损害，从而形成扩散阻挡膜170。然后，如图5所示，在扩散阻挡膜170上形成上部透明电极180。上部透 明电极180可以具有高透光率和传导率。例如，上部透明电极180可以由ITO (氧化铟锡)、CTO (氧化镉锡)或类似的形成。然而，上部透明电极180 中的氧成分扩散到本征层150，因此泄漏电流可能增加，并且感光特性可能恶 化。因此，在根据本发明实施方式制造图像传感器的方法中，扩散阻挡膜170 通过等离子体处理或气体簇离子束处理在第一导电层160上形成。因此，扩散 阻挡膜170防止在上部透明电极180中的氧气扩散。从而，可以防止泄漏电流 并且增加感光性。本发明不局限于以上已经描述的实施方式和附图。此外，显然，对于熟悉 本领域的技术人员来说在不脱离本发明精神或范围的情况下，对本发明可以进 行各种修改和变形。从上述说明很明显，图像传感器及其制造方法可以提供晶体管电路和光电二极管的垂直集成。此外，通过在第一导电层上执行等离子体处理，防止泄漏 电流并且增加感光性。由于垂直集成的晶体管电路和光电二极管，填充因子可 以达到100%，并且可以提供与具有相同像素大小的现有技术相比更高的灵敏 度。相比现有技术可以减小相同分辨率的工艺成本。即使在图像传感器上实现 更复杂的电路，没有减小每个单位像素的灵敏度。此外，通过本发明可以集成 的附加的片内功能可以增加图像传感器的性能。此外，可以得到小型化设备并 且减小生产成本。此外，采用垂直集成的光电二极管可以防止光电二极管内的 缺陷。
权利要求
1、一种图像传感器包括包括电路的衬底；在所述衬底上连续形成的底部电极、本征层、第一导电层；在所述第一导电层上形成的扩散阻挡膜；和在所述扩散阻挡膜上形成的上部透明电极。
2、 根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述扩散阻挡膜具有等 于或小于60%的氧气浓度。
3、 根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述扩散阻挡膜是使氮 气在第一导电层上扩散的层。
4、 根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括 在底部电极和本征层之间形成的第二导电层。
5、 根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述衬底包括金属配线 和电子传输线。
6、 一种用于制造图像传感器的方法包括在包括电路的衬底上顺序地形成底部电极、本征层、和第一导电层； 在所述第一导电层上形成扩散阻挡膜；并且 在所述扩散阻挡膜上形成上部透明电极。
7、 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述扩散阻挡膜通过在所 述第一导电层的表面上执行等离子体处理，在所述第一导电层上形成。
8、 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述等离子体处理在100 到400°C的温度和10托到100托的压力下使用氮气来执行。
9、 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述扩散阻挡膜通过执行 气体簇离子束处理在所述第一导电层上形成。
10、 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述气体簇离子束处理通 过使用氮气形成的范围为100到9000微米的气体簇离子束来执行，以在所述 第一导电层上形成扩散阻挡膜。
11、 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，扩散阻挡膜有等于或小于 60%的氧气浓度。
12、 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包含在所述底部电极上形成第二导电层，并且在所述第二导电层上形成本征层。
13、 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包含在衬底内部形成电子传输线。
14、 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包含在所述电子传输线和所述底部电极之间形成阻挡金属。
全文摘要
本发明提供了一种图像传感器及其制造方法。传感器包括衬底，在所述衬底上形成的底部电极、本征层和第一导电层，在第一导电层上形成的扩散阻挡膜，在扩散阻挡膜上形成的上部透明电极。因此，可以提供晶体管电路和光电二极管的垂直集成。此外，通过在第一导电层上执行等离子体处理防止泄漏电流并且增加了感光性。由于垂直集成的晶体管电路和光电二极管，填充因子可以达到100％，并且可以提供与具有相同像素大小的现有技术相比更高的灵敏度。相比现有技术可以减小相同分辨率的工艺成本。即使在图像传感器上实现更复杂的电路，没有减小每个单位像素的灵敏度。此外，通过本发明可以集成的附加的片内功能可以增加图像传感器的性能。此外，可以得到小型化设备并且减小生产成本。此外，采用垂直集成的光电二极管可以防止光电二极管内的缺陷。
文档编号H01L27/146GK101335281SQ20071030834
公开日2008年12月31日 申请日期2007年12月29日 优先权日2007年6月25日
发明者郑悟进 申请人:东部高科股份有限公司