專利名稱：電子圖像檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子圖像檢測裝置。
背景技術(shù)：
為了進行圖像檢測，已知的是利用CMOS技術(shù)和在半導體襯底中形成包括與晶體管例如預充電晶體管和讀取晶體管關(guān)聯(lián)的光電二極管的像素。入射光子產(chǎn)生電子/空穴對，這些電子空穴對中的電子由光電二極管收集。接著這些電子在該像素內(nèi)轉(zhuǎn)換成電壓，之后通過位于像素陣列周邊的電子讀取電路讀取。在圖像傳感器用于夜視或提供低亮度而非對光學圖像進行檢測的情況下，已知的是在相關(guān)的電子圖像上進行所述夜視或提供低亮度。為了實現(xiàn)此，將光學圖像通過光子-電子轉(zhuǎn)化器來轉(zhuǎn)換為電子圖像，該光子-電子轉(zhuǎn)化器也稱為光陰極并發(fā)出電子束陣列。 為了提高該傳感器的總體靈敏度，可以在光陰極輸出處提供電子放大器，該電子放大器將放大的電子圖像傳輸給圖像檢測裝置。圖1是電子圖像檢測裝置的簡化透視圖。絕緣層12在支撐件10上延伸。例如，支撐件10由包括CMOS集成電路的有源裝置(晶體管和二極管)的半導體襯底構(gòu)成，在該半導體襯底上形成有將這些有源裝置互連的互連層層疊體。絕緣層12可以是該互連層疊體的最后一層的一部分。在所示出的示例中以陣列的形式排列的金屬電極14在絕緣層12上延伸。每一電極14通過互連層層疊體中提供的導線和過孔(未示出)連接到在半導體襯底中形成的集成電路的元件。到達圖1 的裝置的表面的電子由金屬電極14捕捉且接著被傳輸?shù)郊呻娐分幸蕴幚砗妥x取。因此， 除了像素中傳統(tǒng)地提供的元件外，電子圖像檢測裝置的每一像素包括金屬電極14和連接到集成電路的金屬導線和過孔。當電子到達未受金屬電極14保護的絕緣層12的部分時，它們在絕緣體上產(chǎn)生陷阱電荷(trapped electric charge)，該捕獲電荷可以影響圖像的質(zhì)量且可能導致電擊穿。 存儲在絕緣材料中的電荷形成電場，該電場可以使入射光子偏離，因此在圖像中導致偽影。 為了避免電子到達絕緣材料12，已提供了對金屬電極14周圍的絕緣材料進行蝕刻并因此使被蝕刻的位置的底部裸露出金屬層。該金屬層形成防止電子穿進絕緣材料12的屏障且電連到CMOS電路，這能夠使收集的電荷排出。還可提供這樣的結(jié)構(gòu)在該結(jié)構(gòu)中，金屬電極 14位于上方的金屬保護層下面。比如以上討論的階梯結(jié)構(gòu)具有兩個問題。第一個問題是獲得的結(jié)構(gòu)的上表面不平坦的事實。這禁止了隨后的任何制造步驟或者使隨后的任何制造步驟很困難，該步驟例如為形成提供該襯底上的觸點的連接焊盤的制造步驟。而且，電子可以在較低的金屬部分上反射并從該結(jié)構(gòu)的臺階式側(cè)面到達絕緣材料層12。因此，電子可以在該絕緣層上產(chǎn)生陷阱電荷并仍導致電擊穿和圖像中的偽影。因此，需要一種這樣的電子圖像檢測裝置，其具有平坦的上表面且避免電子陷阱和避免存在于金屬電極下和/或金屬電極之間的介電材料老化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方式的目的是提供一種這樣的電子圖像檢測裝置，在該電子圖像檢測裝置中，作為像素的金屬電極之間的絕緣材料免受入射光子。本發(fā)明的實施方式的另一目的是提供一種這樣的電子圖像檢測裝置該電子圖像檢測裝置能夠具有比現(xiàn)有技術(shù)的圖像檢測裝置的上表面平坦的上表面。因此，本發(fā)明的實施方式提供了這樣的電子圖像檢測裝置，該電子圖像檢測裝置包括在絕緣層的第一表面上的多個金屬電極；以及非晶硅區(qū)域，所述非晶硅區(qū)域在所述絕緣層上延伸于所述金屬電極之間。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述非晶硅是被氫化的。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述非晶硅是近本征非晶硅。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，在所述絕緣層中形成位于所述金屬電極之閘的槽。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，在所述絕緣層的第二表面上提供面對至少一個非晶硅區(qū)域的至少一個柵電極，所述至少一個柵電極能夠連接到偏壓源。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述柵電極部分地面對所述金屬電極延伸。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述非晶硅的厚度范圍在2nm至500nm之間、優(yōu)選地在 IOnm 至 IOOnm 之間。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，其中所述金屬電極以近似為Iym的距離分開。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述金屬電極由鋁制成。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述絕緣層在其第二表面?zhèn)壬吓c支撐件接觸，所述支撐件由在半導體襯底上延伸的互連層的層疊體形成。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述金屬電極通過形成在所述互連層的層疊體中的導電過孔連接到在所述半導體襯底中形成的電子元件。本發(fā)明的實施方式還提供一種包括光陰極、微通道板和比如上文討論的電子圖像檢測裝置的圖像傳感器。


結(jié)合附圖，將在以下具體實施方式
的非限制性描述中詳細討論本發(fā)明的上述的和其他的目的、特征和優(yōu)勢先前描述的圖1是傳統(tǒng)的電子圖像檢測裝置的簡化透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的電子圖像檢測裝置的剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的電子圖像檢測裝置的透視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的變型的電子圖像檢測裝置的透視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的變型的電子圖像檢測裝置的剖視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的另一變型的電子圖像檢測裝置的剖視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施方式地另一變型的電子圖像檢測裝置的剖視圖；圖8是局部地示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的檢測裝置的元件和在下部的半導體襯底上形成的元件之間的連接的示例的剖視圖；以及圖9是示出包括電子圖像檢測裝置的圖像傳感組件的框圖。
為了清楚，在不同的附圖中用相同的附圖標記指代相同的元件，而且，如通常的集成電路的示意圖，各種附圖照例不按照比例繪制。
具體實施例方式圖2和圖3分別是電子圖像檢測裝置的實施方式的剖視圖和透視圖。檢測裝置在支撐件20上形成，支撐件20由在半導體襯底上延伸的互連層層疊體形成。能夠處理被檢測的電子圖像的電子元件形成在該襯底上且通過在該互連層疊體中形成的導線和過孔連接到檢測裝置。絕緣層22在支撐件20上延伸，在絕緣層22的表面形成有金屬電極M。每一金屬電極M對應于檢測裝置的像素。絕緣層22和金屬電極M可以以和下部的互連層相同的方式形成且因此形成支撐件20的互連層疊體的最后一層。作為示例，絕緣層22可以由二氧化硅制成且金屬電極M可以由鋁制成。作為另一示例，金屬電極M可以以陣列的形式分布在絕緣層22的表面上。根據(jù)實施方式，在絕緣層22上由非晶硅形成的區(qū)域沈在兩個相鄰的金屬電極M 之間延伸。區(qū)域沈覆蓋了絕緣層的未由金屬電極M覆蓋的全部表面以保護絕緣層22的表面部分免受入射電子。在俯視圖中，區(qū)域26連接到周圍的每一電極M。區(qū)域沈接觸電極M且因此通過繞所述電極形成方形而可以在金屬電極M的壁和邊沿上延伸。非晶硅優(yōu)選地處于近本征狀態(tài)、高度絕緣且常溫下的體積電阻率大于109Ω. cm。 因此，兩個相鄰像素的兩個電極之間的漏泄電阻很高。非晶硅是半導體，但其允許到達非晶硅區(qū)域沈的電子朝著最近的金屬電極M轉(zhuǎn)移。因此，在電極M之間收集的信號促成了像素檢測到的有用信號。優(yōu)選地，非晶硅被氫化，使得其體積電阻率大于單純的非晶硅的體積電阻率，約為 101° Ω . cm。其可以在典型地低于400°C的低溫中形成，其與在下部的半導體襯底中的成品電子元件的存在兼容(這些元件沒有降級)。氫化非晶硅具有輕微N型的自然傾向。為了避免該屬性影響硅區(qū)域沈的絕緣性質(zhì)并且為了控制非晶硅層的導電性，圖2中的裝置可以包括形成于支撐件20和絕緣層22 之間的界面處的柵電極觀。電極觀面對位于電極之間的區(qū)域延伸，且優(yōu)選地在略大于電極間間隔的表面上延伸(即，略微面向金屬電極24)。電極28連接到偏壓源Ve，偏壓源Ve因金屬/絕緣體/半導體層疊體08/22/26)而能夠耗盡氫化非晶硅區(qū)域沈。因此避免在半導體中出現(xiàn)會導致兩個相鄰金屬電極對之間有過大電荷流的導電通道。應當注意的是，電極觀可以與互連層疊體的倒數(shù)第二個互連層中存在的導線同時形成。作為數(shù)值的示例，氫化非晶硅沈可以具有范圍在2nm和500nm之間、優(yōu)選地IOnm 和IOOnm之間的厚度，金屬電極M分開的距離可以約為Ιμπι。圖4是一可選擇實施方式的透視圖，在該可選擇實施方式中，非晶硅層沈在電極 24周圍延伸且其厚度與電極M的厚度基本相同。因此，所得的結(jié)構(gòu)是平坦的或近似平坦的。圖5示出了其中非晶硅區(qū)域沈被非晶硅層30替代的可選擇實施方式，非晶硅層 30在絕緣層22和電極M上延伸。因此，在俯視圖中，非晶硅30形成了在電極陣列上沒有開口的層。到達非晶硅層30的電子由所述層朝著下面的金屬電極M傳輸，非晶硅層30有利地確保兩個相鄰金屬電極M之間的絕緣。在支撐件20和絕緣層22之間的界面處形成且連接到偏壓源\的柵電極觀可以有助于該絕緣，如以上所述。圖6示出了另一可選擇實施方式。為了使兩個相鄰的電極M絕緣，絕緣層22的兩個電極M之間的區(qū)域32被蝕刻。非晶硅區(qū)域34通過沿著蝕刻區(qū)域32在金屬電極M 之間延伸。在該變型中，金屬電極M比先前描述的變型中的金屬電極M能夠更互相靠近， 利用蝕刻區(qū)域32中的空氣進行的絕緣能夠避免兩個相鄰電極M之間的干擾。圖7示出了裝置的上表面平坦的另一可選擇實施方式。為了實現(xiàn)此，電極間間隔由絕緣區(qū)域36填充，該絕緣區(qū)域36例如由與層22的材料相同的材料制成。非晶硅層38均勻地沉積在如此獲得的整個平坦表面上。以與圖5中的變型相同的方式，到達非晶硅層38 的電子可以通過所述層朝著金屬電極M傳輸，非晶硅38還確保兩個相鄰金屬電極M之間的絕緣。應當注意到，圖2-3、圖4和圖6所示的變型因其長時間的穩(wěn)定性而比圖5和圖7 中的變型更優(yōu)選。在這兩個變型中，非晶硅并未覆蓋整個裝置而僅在絕緣層上方存在于相鄰電極之間以保護絕緣層免受入射電子。實際上，盡管金屬電極M上存在的非晶硅層30、 38并不影響從裝置的上表面對電子進行檢測，但其可以導致在電極上積累一些電子，且因此在非晶硅層上形成浮動的電荷，浮動的電荷可以對所得的圖像的質(zhì)量造成影響。而且，在存在入射光子流的情況下，由于非晶硅的光生成行為，可以在電極M上產(chǎn)生寄生電流。為了獲得圖2和圖3中的結(jié)構(gòu)，例如可以執(zhí)行以下連續(xù)步驟在低于200°C的溫度下，在一結(jié)構(gòu)(比如圖1的結(jié)構(gòu))上，通過真空等離子沉積硅烷而形成連續(xù)的非晶硅層；通過適合的掩模來對形成的非晶硅層進行光刻；以及至少在非晶硅層的中央?yún)^(qū)域中對非晶硅層進行蝕刻以裸露金屬電極24。為了獲得圖6中的結(jié)構(gòu)，可以在期望的非晶硅區(qū)域的層處， 預先蝕刻絕緣層22。為了獲得圖4的結(jié)構(gòu)，例如可以執(zhí)行以下連續(xù)步驟在低于200°C的溫度下，在一結(jié)構(gòu)(比如圖1的結(jié)構(gòu))上通過真空等離子沉積硅烷來形成連續(xù)的非晶硅層；對金屬電極上的非晶硅層執(zhí)行選擇性的化學機械拋光以裸露金屬電極M的上表面。因此，所得的非晶硅層的厚度可以基本上等于金屬電極M的厚度或略小于金屬電極M的厚度。圖8是局部地示出圖2和圖3的電子圖像檢測裝置與下部的半導體襯底中形成的元件之間的可能連接的示例的剖視圖。圖8種，更詳細地示出了支撐件20。所述支撐件包括硅襯底40、絕緣層22和形成該支撐件的最后一層的電極對，在硅襯底40的表面上形成有互連層層疊體42。每一互連層包括金屬層疊體，所述金屬層疊體可以通過金屬過孔互連。在示出的示例中，每一金屬電極M通過層疊體42的過孔和導線連接到襯底40中形成的元件(未示出)，柵電極觀也通過層疊體42的導線和過孔互連。應當注意到，柵電極可以由單一金屬區(qū)域形成且可以通過單一連接而連接到偏壓源\。圖9以框的形式示出了包括電子圖像檢測裝置的圖像傳感器組件。該圖像傳感器組件用來形成物體50的圖像。物體50的光子圖像M通過例如包括透鏡的光學器件52獲得，該光學圖像M通過光陰極56轉(zhuǎn)化為電子圖像58。該電子圖像發(fā)送給放大器60，例如，微通道板(MCP)。放大器60提供的放大的圖像62由電子圖像檢測裝置64(比如本文中所討論的)檢測。選擇性地，可以提供顯示器66來顯示電子圖像檢測裝置64檢測的圖像。 已描述了本發(fā)明的具體實施方式
。本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員會想到各種變化和改動。具體地，應當注意到，本文中給出的數(shù)值應用僅作為示例給出。而且，本文討論的電子圖像檢測裝置可以用在需要檢測電子圖像的與針對圖9討論的系統(tǒng)不同的任何系統(tǒng)中。而且，對于圖2到圖7中的每一變型，已規(guī)定了位于電極M之間的非晶硅區(qū)域能夠收集入射電子，且接著將電子傳輸給相鄰的電極。應當注意到，能夠?qū)⑹占碾娮优懦?例如朝著下部的襯底)的導線和過孔也可提供在位于這些區(qū)域下的絕緣層中。
權(quán)利要求
1.一種電子圖像檢測裝置，包括在絕緣層02)的第一表面上的多個金屬電極04)；以及非晶硅區(qū)域06，34)，所述非晶硅區(qū)域在所述絕緣層上延伸于所述金屬電極之間。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述非晶硅(沈，34)是被氫化的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中所述非晶硅(沈，34)是近本征非晶硅。
4.如權(quán)利要求1到3中任一項所述的裝置，其中在所述絕緣層(12)中形成位于所述金屬電極之間的槽(32)。
5.如權(quán)利要求1到4中任一項所述的裝置，其中在所述絕緣層0 的第二表面上提供面對至少一個非晶硅區(qū)域的至少一個柵電極( )，所述至少一個柵電極能夠連接到偏壓源 (仏
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述柵電極08)部分地面對所述金屬電極04)延伸。
7.如權(quán)利要求1到6中任一項所述的裝置，其中所述非晶硅(沈，34)的厚度范圍在2nm 至500nm之間、優(yōu)選地在IOnm至IOOnm之間。
8.如權(quán)利要求1到7中任一項所述的裝置，其中所述金屬電極04)以大致1μ m的距離分開。
9.如權(quán)利要求1到8中任一項所述的裝置，其中所述金屬電極04)由鋁制成。
10.如權(quán)利要求1到9中任一項所述的裝置，其中所述絕緣層0 在其第二表面?zhèn)扰c支撐件OO)接觸，所述支撐件OO)由在半導體襯底GO)上延伸的互連層的層疊體G2) 形成。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述金屬電極04)通過形成在所述互連層的層疊體0 中的導電過孔連接到在所述半導體襯底GO)中形成的電子元件。
12.一種包括光陰極(56)、微通道板(60)和如權(quán)利要求1到11中任一項所述的電子圖像檢測裝置(64)的圖像傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電子圖像檢測裝置，所述電子圖像檢測裝置包括在絕緣層(22)的第一面上的多個金屬電極(24)；以及非晶硅區(qū)域(26)，所述非晶硅區(qū)域(26)在所述絕緣層上延伸于所述金屬電極之間。
文檔編號H01J31/49GK102388457SQ201080015766
公開日2012年3月21日 申請日期2010年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月2日
發(fā)明者伊馮·卡佐, 貝努瓦·吉法德 申請人:原子能與替代能源委員會