TWI618232B - 工程誘發的可調靜電效應 - Google Patents
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Abstract
本文描述背照式感測器與製造方法。特別的是，本文描述在接近光二極體處有偶極調變層的背照式感測器。
Description
本發明之實施例大體上關於多種元件與形成該元件的多種製程。更詳言之，本發明之實施例涉及具可調靜電效應的背照式影像感測器與形成該感測器的方法。
在形成背照式(BSI)CMOS影像感測器(CIS)的過程中，介電膜沉積在光二極體上方。此介電膜往往是由氧化鉿製成，經常具有固定的負電荷以建立電洞堆積層，而抑制光二極體與介電層之間的介面引發的暗電流。然而，該介面的靜電效應並未被消除。
對於許多應用而言，需要控制靜電荷，包括光學應用上造成暗電流的電荷。一般而言，這是藉由使用僅有氧化鉿的膜以及改變厚度或固定負電荷誘導物種的佈植條件而完成。
然而，在此技術領域中仍持續需要針對給定膜厚提供靜電效應控制的方法。
本發明的一或多個實施例涉及形成元件的方法。光二極體形成於一表面上，該表面與閘電極相鄰且電氣相通(electrical communication)。氧化物層形成於該表面上。具一厚度的絕緣體沉積在該氧化物層上。該絕緣體包括偶極調變(modulate)層與固定電荷層。
本發明的另一實施例涉及背照式感測器，該感測器包括上面有閘電極的基板。光二極體與該閘電極相鄰且電氣相通。氧化物層位於基板表面。絕緣體在氧化物層上方，該絕緣體包括偶極調變層與固定電荷層。
本發明的進一步實施例涉及一種背照式感測器，該感測器包括上面有閘電極的基板。光二極體與該閘電極電氣相通。氧化物層位在基板表面。厚度低於約150Å的絕緣體在該氧化物層上方。該絕緣體包括偶極調變層與固定電荷層。該固定電荷層包括第一固定電荷子層與第二固定電荷子層，且該偶極調變層位在該第一固定電荷子層與該第二固定電荷子層之間。抗反射塗層位於該絕緣層上。濾色件(color filter)與透鏡定位在該抗反射塗層上，以將光線導向該光二極體。
100‧‧‧元件
102‧‧‧畫素
110‧‧‧光二極體
112‧‧‧表面
120‧‧‧矽
125‧‧‧氧化物層
130‧‧‧偶極調變層
135‧‧‧絕緣體
140‧‧‧固定電荷層
140a、140b‧‧‧固定電荷子層
150‧‧‧抗反射塗層
160‧‧‧濾色件
170‧‧‧透鏡
185‧‧‧閘電極
透過參考實施例(一些實施例繪示於附圖中)，可得到上文簡短總結的本發明之更特定的描述，而可詳細瞭解前述之本發明特徵。然而，應注意附圖僅繪示本發明之典型實施例，因此不應被視為限制本發明之範疇，因為本發明可容許其他等效實施例。
第1圖顯示根據本發明的一或多個實施例的光學元
件的部分概略剖面圖；第2圖顯示根據本發明的一或多個實施例的光學元件的部分概略剖面圖；第3圖顯示根據本發明的一或多個實施例的光學元件的部分概略剖面圖；以及第4圖顯示根據本發明的一或多個實施例的光學元件的部分概略剖面圖。
本發明的實施例大體上關於新穎的方法，該方法減少濾光片的暗電流源，該暗電流源是由研磨/拋光製程所建立的缺陷所誘導。一個實施例中，該表面可(或可不)藉由使用去耦電漿氧化或以熱方式受處理而建立氧化物層，之後沉積偶極層，然後沉積氧化鉿層。另一實施例中，該表面可(或可不)藉由使用去耦電漿氧化或以熱方式受處理而建立氧化物層，之後建立氧化鉿層、然後是偶極層、且以氧化鉿層封頂。另一實施例中，該表面可(或可不)藉由使用去耦電漿氧化或以熱方式受處理而建立氧化物層，之後建立氧化鉿層、然後是偶極層。
如在此說明書與所附的申請專利範圍中所用，用語「基板」、「基板表面」、「表面」、「晶圓」、「晶圓表面」、與類似用語是以可互換的方式使用，用於指上面有製程作用的表面(或一部分表面)。發明所屬技術領域中具有通常知識者可瞭解，除非內文中另外清楚地指明，否則針對基板之參考物也可指僅只一部分的該基板。此外，對於「在
基板上沉積」的參考物可意味裸基板與上面形成或沉積一或多個膜或特徵的基板。
如在此說明書與所附的申請專利範圍中所用，用語「反應性氣體」、「前驅物」、「反應物」與類似用語是以可互換的方式使用，用於意味包括對基板表面具反應性的物種之氣體。例如，第一「反應性氣體」可單純吸附至基板表面上，且可用於進一步與第二反應性氣體進行化學反應。
對於許多應用而言，需要控制靜電荷，包括造成光學應用之暗電流的電荷。一般而言，這是藉由使用僅有氧化鉿的膜或氧化矽加上氧化鉿的膜並且改變厚度或佈植條件而完成。本發明的實施例提供可針對給定的膜厚設計或控制靜電效應之佈置(placement)與量的方法，從而增進光電子至CIS光二極體陣列的注入。
本發明的實施例除了其他氧化物外特別增加氧化鋁或氧化鈦，氧化鋁或氧化鈦能夠平移平帶電壓與總電荷。此舉轉而能夠減少或消除光學感測器的暗電流。平移的程度可藉由調變表面處理與膜中的佈置與比例而規劃(engineer)至膜中。
第1圖與第2圖顯示根據本發明一或多個實施例的元件100之部分剖面視圖。元件100顯示光學元件的單一畫素102的一部分。該元件100包括光二極體110，該光二極體形成於矽120中且於表面112上。該光二極體可為任何適合的光二極體。一般而言約3微米的厚度會將光二極體與固定電荷區域分開。
固定電荷層140可由任何適合的介電材料製成。例如，可使用高k介電質(介電常數大於二氧化矽的介電質)，所述高k介電質包括(但不限於)氧化鉿。
偶極調變層130可以是任何適合的化合物，所述化合物包括(但不限於)二氧化矽表面處理層與氧化鈦、氧化鋁、氧化鑭、氧化鋯、氧化鉭、氧化鈰、與氧化釔。在不受限於任何操作的特定理論的前提下，相信該偶極調變化合物誘導負電荷增加，而消除因表面缺陷造成的正電荷，從而減少光學感測器的暗電流，而該表面缺陷是因矽120表面上用於暴露光二極體110的研磨製程所造成。一或多個實施例中，偶極調變層130包括氧化鈦。
第1圖與第2圖中所示的元件100進一步包括視情況任選的抗反射塗層150，該抗反射塗層150位在絕緣體135上。抗反射塗層150可以是發明所屬技術領域中具有通常知識者已知的任何適合材料，且該材料要能夠提供較高的透射度/較低的反射度。
濾色件160定位在固定電荷層140上方。若存在抗反射塗層150，則濾色件160可定位在該抗反射塗層150上方。濾色件160的目的在於過濾不會被個別畫素102所估量的光波長。例如，若畫素102是綠色畫素，則無關的光線的主要部分可被濾色件160濾掉，使得光二極體110生成的任何所得電訊號為期望的光波長的產物。
透鏡170定位在濾色件160上方。透鏡170使進入的光線呈準直(collimate)或聚焦到光二極體110上。
光二極體110定位在畫素電路180上。畫素電路180可包括複數個互連件(圖中未示)、絕緣體(圖中未示)、與閘電極185，此為發明所屬技術領域中具有通常知識者所能瞭解。一些實施例中，閘電極185形成為與光二極體110相鄰且電氣相通。
偶極調變層130的位置與厚度可影響電荷。一些實施例中，增加氧化物層125，例如用於矽基板的氧化矽層。氧化物層125可藉由任何適合的方法形成，該方法包括(但不限於)化學沉積氧化物、熱氧化、或去耦電漿氧化。此氧化物可為例如基板上的表面處理。氧化物125的厚度可有所不同，且一般多達約30Å厚，但可更厚或更薄。如第1圖至第3圖所示，偶極調變層130定位在緊鄰固定電荷層140下方且於一側接觸氧化物層125而於另一側接觸固定電荷層140。如利用位於頂部的透鏡170所視，此配置方式可稱為偶極調變層130的底部佈置。如本說明書與所附的申請專利範圍中所用，本文的上下文中所用的用語「底部」、「中間」、與「頂部」是指當透鏡170側定位在頂部時層的方向，如第2圖所示。
一些實施例中，固定電荷層140形成於光二極體110與偶極調變層130之間且接觸光二極體110與偶極調變層130。該實施例的偶極調變層130可於其餘側接觸抗反射塗層150。這與第3圖所示的配置方式相反。
第4圖顯示其中絕緣體125包括兩個介電子層的另一實施例，該兩個介電子層為第一固定電荷子層140a與第二
固定電荷子層140b。第一固定電荷子層140a顯示為接觸光二極體110與偶極調變層130，且偶極調變層130定位在第一固定電荷子層140a與第二固定電荷子層140b之間。第一固定電荷子層140a的厚度將會直接影響偶極調變層130與光二極體110間的距離。此距離也可影響暗電流的減少。
絕緣體125的厚度T可以是任何適合的厚度。一些實施例中，絕緣體125少於約150Å厚，這是從光二極體110之頂部量至絕緣體125之層的頂部而得。偶極調變層130可形成為具任何適合厚度。一些實施例中，偶極調變層的厚度是在約1Å至約100Å的範圍中，或約2Å至約90Å的範圍中，或約3Å至約80Å的範圍中，或約4Å至約70Å的範圍中，或約5Å至約60Å的範圍中，或約10Å至約50Å的範圍中。一或多個實施例中，偶極調變層130的厚度大於約1Å、2Å、3Å、4Å、5Å、6Å、7Å、8Å、9Å、10Å、15Å、20Å、25Å、30Å、35Å、40Å、45Å或50Å。
絕緣層120中偶極調變層130對固定電荷層140的比例也可影響電荷。一些實施例中，偶極調變層130與固定電荷層140是以下述比例存在：範圍為約1：100至約100：1、或範圍為約1：10至約10：1、範圍為約1：5至約5：1、或範圍為約1：2至約2：1。
當偶極調變層130與光二極體隔開時，第一固定電荷子層140a的厚度可影響電荷，因為此厚度影響偶極調變層130相對於光二極體110定位的距離。一些實施例中，第一固定電荷子層140a具有下述厚度：在約1Å至約100Å的範圍
中，或約2Å至約90Å的範圍中，或約3Å至約80Å的範圍中，或約4Å至約70Å的範圍中，或約5Å至約60Å的範圍中，或約10Å至約50Å的範圍中。一或多個實施例中，第一固定電荷子層140a的厚度大於約1Å、2Å、3Å、4Å、5Å、6Å、7Å、8Å、9Å、10Å、15Å、20Å、25Å、30Å、35Å、40Å、45Å或50Å。一或多個實施例中，第一固定電荷子層140a的厚度是在絕緣體125的總厚度T的約1%至約90%的範圍中，或在約2%至約80%的範圍中，或在約3%至約70%的範圍中，或在約4%至約60%的範圍中，或在約5%至約50%的範圍中。
一些實施例中，偶極調變層130與固定電荷層140的一或多者藉由原子層沉積(ALD)沉積。原子層沉積可容許準確控制個別層的厚度，因為ALD製程理論上為自我限制式。
每一範例具有約50Å至約100Å的類似絕緣體厚度。偶極調變膜的位置從底部(緊鄰氧化物層)改變至中間、再改變至頂部(上方無額外的絕緣體)。此結果總結於表1。數字單位為總電荷(E10[#/cm2])。基準線為僅HfOx。
前述內容涉及本發明之實施例，可不背離本發明之基本範疇而設計本發明之其他與進一步之實施例，且本發明
之範疇是由隨後的申請專利範圍所確定。
110‧‧‧光二極體
120‧‧‧絕緣層
125‧‧‧氧化物層
130‧‧‧偶極調變層
135‧‧‧絕緣體
140‧‧‧固定電荷層
150‧‧‧抗反射塗層
160‧‧‧濾色件
170‧‧‧透鏡
185‧‧‧閘電極
Claims (20)
- 一種形成元件的方法，該方法包括下述步驟：於一表面上形成一光二極體，該表面與一閘電極相鄰且電氣相通(electrical communication)，該光二極體形成在該表面上的一絕緣層中；於該絕緣層上形成具有一厚度的一氧化物層；及於該氧化物層上沉積具有一厚度的一絕緣體，該絕緣體包括一偶極調變層與一固定電荷層，該偶極調變層具有大於約10Å的厚度。
- 如請求項1所述之方法，其中該偶極調變層形成於該氧化物層與該固定電荷層之間，並且接觸該氧化物層與該固定電荷層。
- 如請求項1所述之方法，其中該固定電荷層形成於該氧化物層與該偶極調變層之間，並且接觸該氧化物層與該偶極調變層。
- 如請求項1所述之方法，其中該絕緣體包括兩個固定電荷子層，該兩個固定電荷子層為一第一固定電荷子層與一第二固定電荷子層。
- 如請求項4所述之方法，其中該第一固定電荷子層接觸該氧化物層，且該偶極調變層定位在該兩個固定電荷子層之 間。
- 如請求項1所述之方法，其中該絕緣體的厚度少於約150Å。
- 如請求項1所述之方法，其中該偶極調變層與該固定電荷層是以範圍為約1：100至約100：1的比例存在。
- 如請求項5所述之方法，其中該第一固定電荷子層具有範圍為約1Å至約100Å的厚度。
- 如請求項5所述之方法，其中該第一固定電荷子層的厚度範圍為該絕緣體的總厚度的約1%至約90%。
- 如請求項5所述之方法，其中該偶極調變層與該氧化物層隔開一距離，該距離在約1Å至約90Å的範圍中。
- 如請求項1所述之方法，其中該偶極調變層的厚度範圍為約1Å至約90Å。
- 如請求項1所述之方法，進一步包括下述步驟：於該絕緣體上形成一抗反射塗層。
- 如請求項12所述之方法，進一步包括下述步驟：將一濾 色件(color filter)定位在該絕緣體上方。
- 如請求項13所述之方法，進一步包括下述步驟：將一透鏡定位在該濾色件上方。
- 一種背照式感測器，包括：一基板，上面有一閘電極；一光二極體，位於一絕緣層中，該光二極體與該閘電極電氣相通，該絕緣層具有一頂部，該絕緣層之頂部在該光二極體之一頂部的上方；一氧化物層，具有最高達約30Å的一厚度且位在該絕緣層上；及一絕緣體，位於該氧化物層上方，該絕緣體包括一偶極調變層與一固定電荷層。
- 如請求項15所述之感測器，其中該固定電荷層包括一第一固定電荷子層與一第二固定電荷子層，且該偶極調變層位在該第一固定電荷子層與該第二固定電荷子層之間。
- 如請求項15所述之感測器，進一步包括一抗反射塗層，該抗反射塗層位於該絕緣體上方。
- 如請求項17所述之感測器，進一步包括一濾色件與一透鏡，該濾色件與該透鏡定位於該抗反射塗層上方，以將光線 導向該光二極體。
- 如請求項15所述之感測器，其中該絕緣體的厚度少於約150Å。
- 一種背照式感測器，包括：一基板，上面有一閘電極；一絕緣層，具有一頂部，該絕緣層位在該閘電極上；一光二極體，具有一頂部，該光二極體形成在該絕緣層中，且該光二極體與該閘電極電氣相通，該絕緣層之頂部位在該光二極體之頂部的上方；一氧化物層，位在該絕緣層的頂部處；一絕緣體，具有少於約150Å之厚度，位於該氧化物層上方，該絕緣體包括一偶極調變層與一固定電荷層，該固定電荷層包括一第一固定電荷子層與一第二固定電荷子層，且該偶極調變層位在該第一固定電荷子層與該第二固定電荷子層之間；及一抗反射塗層，位於該絕緣體上方；及一濾色件與一透鏡，該濾色件與該透鏡定位於該抗反射塗層上方，以將光線導向該光二極體。
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