TW200843093A - Image sensor structure and fabrication method thereof - Google Patents

Description

200843093 v v 九、發明說明：

V 【發明所屬之技術領域】 本發明提供一種影像感測姦之製作方法，尤指一種能減少載子 跨越干擾問題之影像感測器之製作方法。 【先前技術】 互補式金屬氧化物半導體（complementary metal oxide 鲁 semiconductors，CMOS )或電荷耦合裝置（charge c〇upled如以， CCD)等影像感測器皆屬於矽半導體裝置，可捕捉光子，並將其 轉換成電子，經傳輸後再次轉換為可量測之電壓，以得到數位資 料。目前業界已研發出一種光導體覆主動像素 (photocondiictor-on-active-pke卜 POAP)影像感測器，其結構係 以氫化非晶矽（hydrogenated amorphous silicon，c^Si:H)為感光元 件基礎，並堆疊於CCD或CMOS元件上。此種光導體覆主動像 _ 素影像感測器的感測結果較傳統的CCD或CMOS影像感測器更 佺良好。由於光導體覆主動像素影像感測器具有特殊的堆疊結 構，因此具有高集光有效面積比（AH fact〇r)之優點，其整個像素 面積都能用來感測光子，再配合％&:11材料有效轉換能量的特 性，便能達到咼量子效率。然而，在已知研究中，此種影像感測 器仍然有跨越干擾（cr0SS-talk)、影像延遲〇magelag)以及漏電 流訊號等問題。其中子跨越干擾相鄰像素的問題尤其會造成 、嚴重的解析度與均勻性不足等問題，也會在像素間造成色彩上的 v 跨越干擾，導致色彩失真。 6 200843093 凊參考第1圖’第1圖為習知一光導體覆主動像素之影像感測 器1〇的侧剖面示意圖。習知光導體覆主動像素影像感測器1〇包 含複數個次像素14a、14b設於一基底12上、複數個像素電路％ 設於各次像素14a、14b之内、複數個像素電極18a、18b設於像 素電路16之上、一光導層20設於像素電極18a、18b上、以及— 透明導電層22設於光導層20上，其中像素電極i8a、18b分別藉 由一接觸插塞24而電連接於其下方的像素電路16。此外，光導層 20則包含％Si:H材料，用來接受光線並將光線依照強度轉換成對 應之電荷量。 習知影像感測器10的製作方法係先於基底12表面形成複數個 像素笔路16以及接觸插基24 ’設於介電層26内。然後，在基底 12上沉積一導電層，經由一微影暨蝕刻製程而於各次像素14&、 14b中定義出像素電極18a、18b。接著，在基底12上沉積光導材 料，再進行一微影暨蝕刻製程而定義出光導層2〇之圖案。之後， 於基底12表面全面形成一透明導電材料，藉由一第三微影暨蝕刻 製私而形成透明導電層22。因此，在傳統影像感測器1()的製作方 法中，由像素電極18a、18b至透明導電層22之製程共需要至少 三道微影製程與三種光罩，製程複雜且成本昂貴。 此外，當習知影像感測器10的不同像素電極也、勘呈有不 同的電壓時，相鄰像素14a、14b之間會產生具有電壓差的電場， 導致相鄰像素14a、14b之間發生漏電流。舉例言之，若像素電極 7 200843093

V 18b具有高電位vH，而像素電極德 漏電流由高電位vH_+、5 _ % ’即可能產生 N 4 18b流至_魏電位vL的像素 电極18a。因此產生跨越干擾 ’、 導致感測結果失直。傳響到影像感測的正確性， 以去〜^ 影像感測器1G的跨越干擾方法，係 =極版，之間另提供一導電電極，藉由該導電 音= 素14a、Mb之間另提供—垂直電場，當該垂直電場大於次像 素3、_之間的橫向電場時，才能改善跨越干擾問題。然而， 在讀積驗确提高的技術魏和市場需求下，要在像素電極 收、撕之間另外製作導電電極的難度也越來越高，且導電電極 的製作也增加了影像感測H 1G的整體製造成本。 因此，如何以簡單製程來製作出影像感測器，且能同時改盖上 述影像感廳的跨越干制題，_業界需要轉研究發展的重 要議題。 【發明内容】 本發明之主要目的，在於提供一種影像感測器的製作方法，以 改善習知影像制器跨越干擾、製程繁複和高製造成本等問題。 根據本發明之申請專利範圍，係提供—種製作〆影像感測器之 方法。首先提供-表面定義了複數個次像素之基底，接著依^ 基底表面形H導電層以及―光導層，紐圖案化該第一導 電層以及絲導層’膽各次像料相形成—像素電極以及〜 200843093

V 感光結構’且相鄰次像素間之像去+ 接著，於基底上形成-_化介^感光結構互不相連接。 結構，再於基絲面形成—透日辑|路出各錢像素之感光 上。 、电層設於各次像素的感光結構 由於本發明係先形成第一導電屛 -併圖案化第-導電層和光導層，日因此7^，再進雜刻製程而 製作方法減少製程步驟以及光罩數目^比傳統影像感測器的 者，在各次像素中，圖案化之第;降低製程成本。再 、 ^私層和光導層分別形成像素 u和感光結構’使得相鄰次像素間的像素電極和感光結構互不 相連’因此可職斷讀素之間_子跨妍擾情形，改善習知 影像感測器影像感測失真等問題。 【實施方式】 ❼考第2圖至第8圖’第2圖至第8圖為本發明製作影像感 測器之第-實施例的示意圖。本發明影像感測器励係為一光導 體覆主動像素影像感測器。首先，提供一基底搬，其可為一半導 體基底’例如石夕基底。基底102表面定義有複數個次像素1〇4，並 包含複數個像素電路1()6設於基底搬上的介電層m内。接著， 依序於基底1〇2上形成-第一導電層11〇、一光導層112以及一第 二導電層114。第-導電層no可包含氮化鈦或其他金屬材料，藉 由各-人像素104中的接觸插塞1〇8而與對應之像素電路丨電連 接。光導層112由下而上依序包含一 n型層（n_layer) 116、一本 9 200843093 w 徵層0ntrinsic layer，丨七>^) 118 以及一 P 型層（p-type layer) 120， 然而在其他實施例中，光導層112由下而上也可依序包含一 口型 層、一本徵層以及一 η型層。n型層116與1)型層12〇可包含氫化 非晶質碳化矽（hydrogenated amorphous silic〇ncarbide，仏sic:H) 材料，而本徵層118則可包含氫化非晶矽材料。此外，第二導電 層114較佳為透明導電層，例如包含氧化銦錫材料。 _ 接著，如第3圖所示，於基底1〇2上形成一光阻層122。使用 I δ有像素電極圖案之光罩124進行一微影製程，在光阻層m2 上定義出像素電極圖案126於各次像素1〇4中。然後，如第4圖 所示’以光阻層122當作侧罩幕，進行一钱刻製程以圖案化第 二導電層m、光導層m以及第一導電層11〇，移除光阻層122 所暴露出的部分第二導電層114、光導層112以及第一導電層 110’直至介電層128表面。剩下的光導層112以及第一導電層11〇 分別於各次像素104中形成一感光結構130與-像素電極132,且 相鄰次像素104之間具有-缺口 134。然後，移除光阻層122。 ❺考第5圖’在基底1〇2上形成_介電材料層。在本實施例 中，騎電材料層係以旋塗方式形成的含石夕材 ^sp，n-〇nglass,S〇G),136^t^,^t；^ 亚且填滿缺口 134。接著，請參考第6圖，於基底1〇2上形成-光 2 138，其感光特性較佳相反於光阻層122。使用光罩124進行 Μ〜衣私來定我光阻層138之_ ’使光阻層I%之圖案係約 10 200843093 略相反於像素電極圖案126，暴露出位於像素電極132上方之部分 SOG層136，並覆蓋住缺口 134内的8〇(}層136。 •然後如第7圖所示，以光阻層138當作餘刻罩幕，進行一韻刻 製程，以移除未被光阻層138覆蓋的SOG層136，直至第二導電 層114表面，以於基底102上形成圖案化之介電層。在此韻刻^ 私中’係以第二導電層114當作綱停止層，同時第二導電層114 亦可用來保護光導層112。由於p型層(或n型層）12〇通常只有 5〇到100埃之厚度，為了避免P型層(或n型層⑽在侧製程中 知失厚度而影響到感光功能，因此必須彻其上方的第二導電層 114來提供一緩衝功能。然而，在其他實施例巾，若能確保此侧 餘或其他移除SGG層W財法能不傷㈣光導層112，則在 先前製程中便不需在光導層m上製作第二導電層削。之後，移 除光阻層138 ^ 接著，請參考第8圖，於基底1〇2表面沉積一透明導電層14〇， =於第二導電層114的上表面和s〇g層136表面，其中透明導 :層140係藉由第二導電層m而電連接於感光結構⑽，且可包 魂化銦錫等透明導電材料。之後，可繼續於基底搬上方製作 、A -層*色慮光層等，以完成本發明影像感測器之製作。 p ^诗〆主思的是’在前述實施例中移除S0G層136的方法並不 认第6至7圖所揭露的蝕刻製程，亦可利用研磨方式來移除go。 11 200843093 層I36。請參考第9圖至第10圖，第9圖至第1〇圖為本發明影像 感測器製作方法之第二實施綱製餘意圖，其巾第9圖係接續 在第5圖後的製程’亦即在基底1〇2上形成s〇G層136之後，便 可如第9 ®所示’以化學機械研磨製程移除位於像素電極132上 方的SOG層136 ’直至暴露出第二導電層114表面。接著，如第 1〇圖所示，在基底102上形成一透明導電層142，電連接於第二 導電層114與感光結構130。 言青參考第11圖至第13圖，第u圖至第13圖為本發明製作影 ，感測☆方法之第二實施例的製程示意圖，其中第U圖係接續於 前述實施㈣4目之製程。在本實關巾，細謂材料以外的 其他”電材料填於缺口 134中，因此所形成之影像感測器的剖面 械稍微不同於前述實施例。如g u圖所示，以氧化物、氮化石夕、 氣氧切或其他介電材料順著基底逝表面的輪廓_flle)沉積一 ”包層144’覆蓋基底1〇2上之第二導電| m以及缺口⑶底部 之介電層128與側壁之第一導電層削、光導層ιΐ2、第二導電層 Z接著如第12圖所示，於基底102上形成一光阻層146,光阻 層146係同時填入於缺口 】 使用先罩124而於光阻 ^ 以出相反於像素電極⑶之圖案，並暴露峰素電極 132上方之部分介電層144。 12 200843093 著基底1〇2表面的輪廓形成-透明導電層148,例如包含氧化銦錫 材料’覆蓋在第二導電層114與剩下的介電層144上，同時覆蓋 於缺口 134的底面與侧壁上。 值喊意的是’在前述第—至第三實施财，絲定義感光結 與像素電極132的光罩124亦使用於用來定義㈣層i36 或二迅層144的圖案’且兩者為相反的互補圖案，因此光阻層⑵ 铃光阻層138、146應林蝴駐型光阻或負型光阻。例如，當 光阻層122包含正型光阻材料時，則光阻層必須使用負 型光阻以定義出減於像素電極随126的互棚案，反之亦然。 再者，光阻層m係用來定義像素電極m之圖案，而以光阻層 8 146於SOG層136與介電層144中所定義出之互補圖案係 略擔像素電極132之面積，其係利用曝光微影比例等微影參數 周正所以本發明方法使用同一光罩以來定義出不同材料層 的圖案，可以有效節省光罩成本。 相較於習知技術’由於本發明方法係先於基底上製作第—導電 、:帝光導層與第二導魏，再—併進行_製程來移除部分第-層十光導層與第二導電層，因此僅需使用一道光罩便可定義 *制素电極和感光結構，她習知技術必須分卿兩道以上光罩 =作像錢極與·結構之製程，本發明更能節錢程步鱗 作不二係以簡單的製程而在蝴 α先…構，可以有效避免載子跨越干擾問題，不需在 13 200843093 次像素之間另外設置導電電極便可有效改善影像感測結果。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本翻中 所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。 乾 【圖式簡單說明】 第1圖至第8 ®林發明影賊測器製作妓—电 程示意圖。 ’施例的製 •第9圖至10圖為本發明影像感測器製作方法之一 示意圖。 弟二實施例的製程 弟11圖至第η _本翻㈣影佩· 製程示意圖。 弟三實施例的 12 基底 16 像素電路 光導層 24 接觸插塞 1〇〇影像感測器 104次像素 108 接觸杨塞 112 光導層 Π6 η型層 【主要元件符號說明】 10 影像感測器 14a、14b 次像素 18a ' 18b 像素電極 22 透明導電層 26 介電層 102 基底 106 像素電路 Π0 第一導電層 114第二導電層 14 200843093 118 本徵層 120 P型層 122 光阻層 124 光罩 126 像素電極圖案 128 介電層 130 感光結構 132 像素電極 134 缺口 136 SOG層 138 光阻層 140 透明導電層 142 透明導電層 144 介電層 146 光阻層 148 透明導電層 15

Claims (1)

1. 200843093 十、申請專利範圍： 1·種‘作一影像感測器之方法，該方法包含有： 提供一基底，其表面定義有複數個次像素； 依序㈣基絲面形成n電層以及—光導層； 圖案化該[導電私錢斜層，时練各^像素中形 成-像素電極以及-感光結構，並且相鄰之各該次像奴 該等像素電極以及該等感光結構係不相連接； ’、

   並且暴露出各該次像素之 於该基底表面形成一圖案化介電層， 該感光結構；以及 於該基底表面形成一透明導電層 結構上。 叹於各該次像素内之該感光

   2·如申請專利範圍第i項所述之方法， 與該光導層之紐包含訂列步驟：㈣化知—導電層 於該基底上形成一第一光阻層； 進行一第一微影製程 圖案； 以於該第一光阻層中定 義出一像素電極 利用該第一光阻層作為蝕刻罩幕， 導電層；以及 移除該第一光阻層。 私除部分該轉層與該第一 如申請專利範圍第1項所述之方法， 之方法包含有·· 、 其中形成朗案化介電層 16 3. 200843093 於该基絲面形成一介電材料層；以及 進行-化學機械研磨製程移除部分該介電材料層，直至暴露出 各該次像素中之該感光結構。 4.如申請專利範_ 1項所述之方法，其中形成該圖案化介電層 之方法包含有·· 於該基底表面形成一介電材料層；

   於該介電材料層表面形成一第二光阻層； 進行一弟一微影製程，於#镇一 4 Λ + y 弟一先阻層中定義出該像素電極圖 案之互補圖案； 利用该弟二光阻層作為_罩幕，以移除部分該介電材料層； 以及 移除該第二光阻層。 5· trr利範圍第4項所述之方法，其中該第二微影製程以及 〜圖木化該第-導電層之步驟係使用同—光罩所完成。 =專利粑圍弟1項所述之方法，其中該圖案化介電層包含 虱化物、氮化矽或氮氧化矽。 200843093 ，其中該透明導電層包含氧 如申請專利範圍第1項所述之方法 化銦錫材料。 9.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該光導層係由_塑 層、-本徵層以及-p型層依序堆疊而成。 1〇·種‘作一影像感測态之方法，該方法包含有： 提供一基底，其表面定義有複數個次像素； 依序於該基絲面形成-第—導電層、一光導層以及一第二導 電層； · 圖案化該第-導電層、該光導層、以及該第二導電層，以分別 於各該次像素中形成-像素電極、一感光結構以及一圖案 化第二導電層，並且相鄰之各該次像素之該像素電極、該 感光結構以及該随化第二導電層係不相連接； 於該基絲面形成-圖案化介電層，並且暴露出各該次像素之 該圖案化第二導電層；以及 於雜底表面形成-第二導電層，設於各該次像素内之該圖案 化第二導電層上。 如申π專她15第1G項所述之方法，其中圖案化該第一導電 g 4光導層以及该第二導電層之方法包含有下列步驟： 於該基底上形成一第一光阻層； 進行-第-微影製程，於該第—光阻層中定義出一像素電極圖 18 200843093 案； 以移除部分該第二導電層 以及 利用該第一光阻層作為蝕刻罩幕 該光導層、與該第一導電層 移除該第一光阻層。 圖案化介電 12·如申請專利範圍第10項所述之方法，其中形 層之方法包含有： μ • 辦嫌底表面形成—介電材料層；以及 進行-化學機械研磨製程移除部分該介電村料厚 各該次像素中之該圖案化第二導電層。g *路出 圖案化介電 13·如申請專利範圍第1()項所述之方法，其中 層之方法包含有： 7战“ 於該基底表面形成一介電材料層； 於該介電㈣層表娜成-第二光阻層； 義出該像素電極圖 進仃一第二微影製程，於該第二光阻層中定 案之互補圖案； 利用該第二光阻層作為_罩幕，以移除部分該介 以及 移除該第二光阻層 電材料層； 19 200843093 15. 如申請專利範圍第1G項所述之方法，其中該_化介電層包 含氧化物、氮化石夕或氮氧化矽。 16. 如申請專利範圍第1G項所述之方法，其中該_化介電層包 含一旋塗式玻璃（spin-on glass，s〇G)層。 17. 如申請專利範圍第1G項所述之方法，其中該第二導電層以及 該第三導電層均為-透明導電層，包含氧化銦錫材料。 18·如申睛專利㈣第1G項所述之方法，其中該光導層係由一 n 变層、一本徵層以及一 ρ型層依序堆疊而成。 19· 一種影像感測器結構，包括： 一基底，其表面定義有複數個次像素； -像素電極以及-感光結構，依序堆疊於各該次像素之該基底 上； 圖木化"甩層，没於各該次像素之間，以分隔相鄰之各該次 像素之該像素電極以及該感光結構；以及 -透明導電層，設於該圖案化介電層以及各該次像終該感光 結構上。 20.如申凊專利範圍第19項所述之影像感測器結構，其中該圖案 化介電層包含氧化物、以味錢氧化石夕。 20 200843093 21. 如申請專利範圍第19項所述之影像感測器結構，其中該圖案 化介電層包含一旋塗式玻璃層。 22. 如申請專利範圍第19項所述之影像感测器結構，其中該透明 導電層包含氧化銦錫材料。 23. 如申請專利範圍第19項所述之影像感測器結構，其中該感光 結構係由一 η型層、一本徵層以及一 p型層'依序堆疊而成。 24. 如申請專利範圍第19項所述之影像感測器結構，其中各該次 像素之該感光結構上包含一圖案化第二導電層。 25. 如申請專利範圍第24項所述之影像感測器結構，其中該圖案 化第二導電層包含氧化銦錫材料。

   21