專利名稱：影像感測(cè)元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種微電子元件，并且特別是有關(guān)于一種影像感測(cè)元件。
背景技術(shù)：
固態(tài)影像傳感器對(duì)于些許例如數(shù)字相機(jī)、手機(jī)或其它光電子元件為必要的元件，一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)用于彩色模擬或數(shù)碼相機(jī)或攝錄像機(jī)的影像傳感器包括電荷耦合元件(charge-coupled device，以下可簡(jiǎn)稱CCD)或是金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)光二極管陣列結(jié)構(gòu)，此光二極管陣列結(jié)構(gòu)包括位于一個(gè)或是多個(gè)以彩色濾光陣列圖形化層之下的分光光感測(cè)層，和位于彩色濾光陣列層之上的微透鏡元件的表面陣列層。影像傳感器的一基礎(chǔ)單位可以一像素定義之，并且用以形成CMOS影像傳感器的制造技術(shù)可適用于以上兩種型態(tài)的傳感器。
CMOS影像傳感器包括用以檢測(cè)光的光檢測(cè)器和可將所檢測(cè)的光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，而更進(jìn)一步呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)的邏輯線路。填充系數(shù)(fill factor，也可稱作開口率)為光感測(cè)區(qū)相對(duì)于整個(gè)像素尺寸的比例?，F(xiàn)今，雖然有許多用以增加開口率，而進(jìn)一步增加傳感器靈敏度的技術(shù)，但因?yàn)闊o(wú)法完全不使用到相關(guān)的邏輯線路，而限制了開口率的進(jìn)一步增加。為了增加對(duì)光的敏感度，現(xiàn)在已經(jīng)使用微透鏡，通過(guò)改變光的路徑，以將光聚焦于光檢測(cè)器。由于影像傳感器一般也會(huì)用于檢測(cè)彩色畫面，因此影像傳感器一般需包括用以接收光，和產(chǎn)生及聚集電荷載子的光檢測(cè)器，及例如依序排列于光檢測(cè)器上方多個(gè)彩色濾光單位的彩色濾光陣列(color filter array，以下可簡(jiǎn)稱CFA)，而彩色濾光陣列一般使用例如紅色、綠色、藍(lán)色(R、G、B)或是黃色、品紅色、青綠色(C、M、Y)的三原色配置。另外，多個(gè)微透鏡為設(shè)置于彩色濾光陣列上方，以增加影像傳感器的光敏感度。
請(qǐng)參閱圖1，其顯示傳統(tǒng)的CMOS影像傳感器結(jié)構(gòu)100的剖面示意圖。結(jié)構(gòu)100包括半導(dǎo)體基底101，其內(nèi)具有光二極管120陣列。各個(gè)光二極管120包括例如一N-型摻雜區(qū)域124于一P-型摻雜區(qū)域122中。各個(gè)光二極管120彼此間以絕緣結(jié)構(gòu)110陣列隔離，例如以淺溝槽隔離物(shallow trenchisolator，STI)隔離，因此構(gòu)成像素陣列。像素可將來(lái)自于光源或影像源的入射光經(jīng)由光二極管轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。例如層間介電層或金屬間介電層的多個(gè)介電層覆蓋基底。位于基底上方的彩色濾光層包括紅色區(qū)、綠色區(qū)和藍(lán)色區(qū)，然而，在此影像感測(cè)元件中，像素中的電子很容易經(jīng)由其下的基底進(jìn)入到鄰近的像素(此現(xiàn)象可稱做為串音(cross-talk))，特別是，當(dāng)像素的尺寸縮減時(shí)，串音現(xiàn)象更容易發(fā)生，此外，傳統(tǒng)的影像傳感器無(wú)法提供均勻的三原色感光度。

發(fā)明內(nèi)容
因此根據(jù)上述問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的為提供一種影像感測(cè)元件及其制造方法，以改善傳統(tǒng)影像感測(cè)元件的漏電流及串音的問(wèn)題。
本發(fā)明提供一種影像感測(cè)元件。該影像感測(cè)元件包括有源層，位于基底上；絕緣區(qū)，位于有源層中，以定義多個(gè)像素，其中絕緣區(qū)圍繞相對(duì)應(yīng)的像素，并且接觸或延伸入基底，以絕緣每一像素；多個(gè)光二極管位于像素中。
根據(jù)所述的影像感測(cè)元件，其中該有源層和該基底具有不同的導(dǎo)電率。
根據(jù)所述的影像感測(cè)元件，其中該絕緣區(qū)為摻雜硅，并且該摻雜硅和該基底具有相同的導(dǎo)電率。
根據(jù)所述的影像感測(cè)元件，其中該絕緣區(qū)的摻雜濃度大體上介于1013～1017atoms/cm3。
根據(jù)所述的影像感測(cè)元件，其中該基底為P+型態(tài)硅；該絕緣區(qū)為P+型態(tài)硅；該有源層為P-型態(tài)硅；及該光二極管為N-型態(tài)硅。
根據(jù)所述的影像感測(cè)元件，其中該基底為N+型態(tài)硅；該絕緣區(qū)為N+型態(tài)硅；
該有源層為N-型態(tài)硅；及該光二極管為P-型態(tài)硅。
根據(jù)所述的影像感測(cè)元件，在每個(gè)像素中還包括固定層，其中該固定層鄰接該有源層的上表面，并且延伸入該絕緣區(qū)。
根據(jù)所述的影像感測(cè)元件，其中該基底的摻雜濃度大于該絕緣區(qū)的摻雜濃度，并且該絕緣區(qū)的摻雜濃度大于該固定層的摻雜濃度。
根據(jù)所述的影像感測(cè)元件，其中該固定層、該絕緣區(qū)和該基底大體上具有相同的電壓位準(zhǔn)。
根據(jù)所述的影像感測(cè)元件，還包括至少一個(gè)介電層，位于該有源層上；保護(hù)層，位于該介電層上；第一平坦化層，位于該保護(hù)層上；彩色濾光層，位于該第一平坦化層上；第二平坦化層，位于該彩色濾光層上；及多個(gè)微透鏡，位于該第二平坦化層上。
本發(fā)明還提供一種影像感測(cè)元件的制造方法。首先，提供包括有源層的基底。其后，在有源層中形成多個(gè)絕緣區(qū)，其中絕緣區(qū)接觸或延伸入基底，以絕緣和定義相對(duì)應(yīng)的多個(gè)像素。后續(xù)，在每個(gè)像素中形成摻雜區(qū)，以形成光二極管。
根據(jù)所述的影像感測(cè)元件的制造方法，其中形成該多個(gè)絕緣區(qū)的步驟為采用離子植入方法。
根據(jù)所述的影像感測(cè)元件的制造方法，還包括在每個(gè)像素中形成固定層，其中該固定層鄰接該有源層的上表面，并且延伸入該絕緣區(qū)。
根據(jù)所述的影像感測(cè)元件的制造方法，其中該有源層和該基底具有不同的導(dǎo)電率。
根據(jù)本發(fā)明，由于位于有源層中的絕緣區(qū)接觸或是延伸入具有高濃度摻雜物的基底或絕緣層，可減少漏電流或串音，此外，絕緣區(qū)和光二極管分開，可以減少因?yàn)閷?duì)位誤差的光二極管所產(chǎn)生的暗信號(hào)。


圖1顯示傳統(tǒng)的CMOS影像傳感器結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
圖2A、2B、2B′、2C～圖2G公開本發(fā)明一實(shí)施例影像感測(cè)元件的制造方法。
圖3為本發(fā)明一實(shí)施例影像感測(cè)元件的上視圖。
圖4公開沿著圖2D的4-4’剖面線的靜電勢(shì)能剖面圖。
其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下100～結(jié)構(gòu)； 101～半導(dǎo)體基底；110～絕緣結(jié)構(gòu)； 120～光二極管；122～P-型摻雜區(qū)域； 124～N-型摻雜區(qū)域；200～基底； 202～有源層；204～絕緣區(qū)； 206、207、208～三原色像素；204a～絕緣區(qū)； 210～摻雜區(qū)；212～固定層； 214、216和218～介電層；220～保護(hù)層； 221、223、225～光二極管；222、224、226～插塞； 228、230、230～金屬線；234～第一平坦化層； 236～彩色濾光層；238～第二平坦化層； 240～微透鏡。
具體實(shí)施例方式
以下將以實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明作為本發(fā)明的參考，并且實(shí)施例為伴隨著附圖進(jìn)行說(shuō)明。在附圖或描述中，相似或相同的部分使用相同的附圖標(biāo)記。在附圖中，實(shí)施例的形狀或是厚度可擴(kuò)大，以簡(jiǎn)化或是方便標(biāo)示。附圖中各元件部分將以分別描述進(jìn)行說(shuō)明，值得注意的是，圖中未示出或描述的元件，可以具有各種本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的形式。此外，當(dāng)敘述一層為位于基板或是另一層上時(shí)，此層可直接位于基板或是另一層上，或是其間也可以有中介層。
圖2A～圖2G公開本發(fā)明一實(shí)施例影像傳感器的制造方法，如圖2A所示，提供基底200，并且在基底200上形成有源層202。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，基底200可包括基礎(chǔ)半導(dǎo)體(例如多晶硅、單晶硅、復(fù)晶硅和/或鍺)、復(fù)合半導(dǎo)體(例如碳化硅和/或砷化稼)、合金半導(dǎo)體(例如SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInP和/或GaInP)，此外，基底200也可包括例如主體硅或是磊晶硅層的主體半導(dǎo)體，此外，基底也可以是例如絕緣層上有硅的絕緣層上有半導(dǎo)體，或是薄膜晶體管TFT基底，基底也可包括多層硅結(jié)構(gòu)或是多層復(fù)合半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，更甚者，基底不限于半導(dǎo)體基底，其可以為玻璃基底，在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，基底為硅基底，并且基底優(yōu)選為具有例如1017～1020atoms/cm3的高濃度硅基底。
此外，在基底200和有源層202間可形成有絕緣層(未示出)，在一實(shí)施例中，此絕緣層可以是埋藏氧化層(buried oxide layer，以下可簡(jiǎn)稱BOX)，埋藏氧化層可以通過(guò)埋藏氧化層氧植入隔離法(separation by implantation ofoxygen，以下可簡(jiǎn)稱SIMOX)形成，另外，絕緣層可通過(guò)熱氧化法、低壓化學(xué)氣相沉積法LPCVD、常壓化學(xué)氣相沉積法APCVD、等離子體化學(xué)氣相沉積法PECVD、原子層沉積法ALD、物理氣相沉積法或相似的技術(shù)形成于基底200上，絕緣層也可包括氧化物、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低介電材料、空氣間隙、上述的組合和/或其它的材料。
位于基底上的有源層202可以是磊晶層或是晶片接合(wafer bonding)層，例如磊晶層的有源層可通過(guò)液相磊晶、氣相磊晶、有機(jī)金屬氣相磊晶、分子束磊晶和/或其它的磊晶方法形成，優(yōu)選地，有源層202為具有例如介于1013～1017atoms/cm3的低摻雜濃度的硅層，在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，基底200為P+硅基底，并且位于基底200上的有源層202為摻雜有P-摻雜物的硅。當(dāng)基底200為重?fù)诫s時(shí)，有源層202的優(yōu)選厚度需大于3μm，另外，當(dāng)有源層200和基底202間形成有絕緣層時(shí)，有源層的優(yōu)選厚度為大于2μm。
如圖2B所示，在有源層202中形成多個(gè)絕緣區(qū)204，以定義并且隔離出三原色的像素206、207、208。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，絕緣區(qū)204接觸基底200，在另一實(shí)施例中，絕緣區(qū)204a延伸入基底200，如圖2B’所示。包圍像素206、207、208的絕緣區(qū)204可采用圖形化的光阻層或是硬式掩模層做為掩模，通過(guò)離子植入或擴(kuò)散形成，上述的植入方法可以為傳統(tǒng)的離子植入法，或是等離子體源離子植入技術(shù)(plasma source ion implantation，以下可簡(jiǎn)稱PSII)，離子源可以為硼或是銦，優(yōu)選地，絕緣區(qū)204可包括P+摻雜物的硅，并且更優(yōu)選地，絕緣區(qū)204的摻雜量可為1013～1017atoms/cm3。
之后，如圖2C所示，在每個(gè)像素206、207、208中形成摻雜區(qū)210，以形成光二極管，此摻雜區(qū)210可和有源層202具有相反的摻雜型態(tài)，在此實(shí)施例中，摻雜區(qū)210可以是N型，并且其可采用圖形化的光阻和/或硬式掩模層做為掩模，進(jìn)行離子植入而形成，其中離子植入步驟的離子源可以為砷或磷，優(yōu)選地，摻雜區(qū)210和絕緣區(qū)204可相距大于0.1μm，以防止對(duì)位誤差而產(chǎn)生漏電流。
請(qǐng)參照?qǐng)D2D，在有源層202中形成固定層212(pinned layer)，并且固定層212為對(duì)應(yīng)到三原色的像素206、207、208，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，固定層212可延伸入絕緣區(qū)204中，并且固定層212優(yōu)選為和絕緣區(qū)204及基底200具有相同的電勢(shì)能，以減少來(lái)自于基底200表面的暗電流。由于固定層212可使基底或有源層表面電勢(shì)能為例如接地或0V的電能位，因此固定層212可抑制基底200表面產(chǎn)生暗電流，另外，可通過(guò)降低相對(duì)于光電子產(chǎn)生速率的噪聲電子的產(chǎn)生速率抑制暗電流，而改善影像傳感器的信號(hào)噪聲比，因此可通過(guò)在表面提供P型的固定層而減少暗電流。
圖4公開圖2D被固定的光二極管沿著4-4’剖面線的靜電電勢(shì)能輪廓剖面圖，如圖4所示，藍(lán)光的靜電勢(shì)能鄰接于光二極管的表面。對(duì)光二極管表面勢(shì)能進(jìn)行固定也可改善藍(lán)光的量子效率，其中藍(lán)光的量子效率的改善為通過(guò)提供一使產(chǎn)生在表面的光電子吸引至被固定光二極管的靜電勢(shì)能阱達(dá)成，此現(xiàn)象可由圖4得知。另外，也可通過(guò)抑制接口態(tài)，減少近表面光電子的結(jié)合，而改善藍(lán)光量子效率。
接下來(lái)，請(qǐng)參照?qǐng)D2E，例如層間介電層或金屬間介電層的介電層214、216和218和保護(hù)層220覆蓋光二極管，介電層214、216、218和220可包括氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層或旋轉(zhuǎn)涂布層所組成，并且每一介電層214、216、218、220的厚度可約介于0.2μm～1.5μm之間，其中氧化硅層的厚度優(yōu)選約小于4.5μm，氮化硅層的厚度優(yōu)選約小于0.5μm，后續(xù)，可在介電層上形成多層內(nèi)連線，一般來(lái)說(shuō)，多層內(nèi)連線可包括形成在金屬間介電層214、216、218和保護(hù)層220上或是中間的插塞222、224、226和金屬線228、230、230。
如圖2F所示，在保護(hù)層220上形成第一平坦化層234，以呈現(xiàn)出平坦的表面，其中第一平坦化234層可以為一較厚的層，以可得到平坦的表面，之后，在平坦化層234上形成彩色濾光層236，彩色濾光層236可以是三原色圖形化的光阻。接著，如圖2G所示，在彩色濾光層236上形成一例如具有相當(dāng)厚度TEOS層的第二平坦化層238，接著，對(duì)應(yīng)于每個(gè)像素，在第二平坦化層238上形成微透鏡240。
圖2G為本發(fā)明一實(shí)施例的光影像感測(cè)元件的剖面圖，如圖所示，有源層202位于基底200上，其中有源層202和基底200具有不同的導(dǎo)電率，在一實(shí)施例中，有源層202為P-型的磊晶層。多個(gè)光二極管221、223、225位于有源層中，其中每個(gè)光二極管包括與有源層202及基底200具有不同摻雜型態(tài)的摻雜區(qū)210，以在其中形成空穴區(qū)，而可經(jīng)由光線照射產(chǎn)生電子，舉例來(lái)說(shuō)，摻雜區(qū)210的型態(tài)可以是N-型態(tài)，其可不同于P+型態(tài)的基底200和P-型態(tài)的磊晶層202。絕緣區(qū)204可介于兩相鄰的光二極管間，并且絕緣區(qū)204接觸基底200。在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，絕緣區(qū)204可為摻雜硅，并且更優(yōu)選地，絕緣區(qū)204可和基底200具有相同的摻雜型態(tài)，舉例來(lái)說(shuō)，絕緣區(qū)204可以是P+硅。
固定層212位于有源層202的上部部分，并且優(yōu)選鄰接于有源層202的上表面，固定層212可接觸或是延伸入絕緣區(qū)204中，固定層212可以是P+型態(tài)。固定層212、絕緣區(qū)204和基底200可具有相同的電勢(shì)能，并且優(yōu)選地，固定層212為接地以減少位于有源層202表面的暗電流，更甚者，可在絕緣區(qū)204上形成控制光二極管的晶體管(未示出)。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所描述的各層和各區(qū)可和上述實(shí)施例有相反的型態(tài)，舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)基底200為N+型，有源層202可為N-型，摻雜區(qū)210可為P-型，絕緣區(qū)204可為N+型，并且固定層212可為N+型。
此外，本發(fā)明一實(shí)施例中，光感測(cè)元件還包括多個(gè)位于有源層214、216和218上的介電層214、216、218，并且保護(hù)層220位于介電層214、216、218上，第一平坦化層234位于保護(hù)層220上，彩色濾光層236位于第一平坦化層234上，第二平坦化層238位于彩色濾光層236上，并且多個(gè)微透鏡240位于第二平坦化層238上。
圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的上視圖，請(qǐng)參照?qǐng)D3，做為保護(hù)環(huán)的絕緣區(qū)204為圍繞光二極管221、223、225，以更進(jìn)一步抑制暗電流，然而，本發(fā)明不限于此，絕緣區(qū)204可以任何形狀或是形式圍繞光二極管221、223、225。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，由于位于有源層中的絕緣區(qū)接觸或是延伸入具有高濃度摻雜物的基底或絕緣層，可減少漏電流或串音，此外，絕緣區(qū)和光二極管分開，以減少因?yàn)閷?duì)位誤差的光二極管所產(chǎn)生的暗信號(hào)。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例公開如上，然其并非用以限制本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與修飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種影像感測(cè)元件，包括基底；有源層，位于該基底上；絕緣區(qū)，位于該有源層中，以定義多個(gè)像素，其中該絕緣區(qū)圍繞相對(duì)應(yīng)的像素，并且接觸或延伸入該基底，以絕緣每一像素；及多個(gè)光二極管，位于該多個(gè)像素中。
2.如權(quán)利要求1所述的影像感測(cè)元件，其中該有源層和該基底具有不同的導(dǎo)電率。
3.如權(quán)利要求1所述的影像感測(cè)元件，其中該絕緣區(qū)為摻雜硅，并且該摻雜硅和該基底具有相同的導(dǎo)電率。
4.如權(quán)利要求1所述的影像感測(cè)元件，其中該絕緣區(qū)的摻雜濃度大體上介于1013～1017atoms/cm3。
5.如權(quán)利要求1所述的影像感測(cè)元件，其中該基底為P+型態(tài)硅；該絕緣區(qū)為P+型態(tài)硅；該有源層為P-型態(tài)硅；及該光二極管為N-型態(tài)硅。
6.如權(quán)利要求1所述的影像感測(cè)元件，其中該基底為N+型態(tài)硅；該絕緣區(qū)為N+型態(tài)硅；該有源層為N-型態(tài)硅；及該光二極管為P-型態(tài)硅。
7.如權(quán)利要求1所述的影像感測(cè)元件，在每個(gè)像素中還包括固定層，其中該固定層鄰接該有源層的上表面，并且延伸入該絕緣區(qū)。
8.如權(quán)利要求7所述的影像感測(cè)元件，其中該基底的摻雜濃度大于該絕緣區(qū)的摻雜濃度，并且該絕緣區(qū)的摻雜濃度大于該固定層的摻雜濃度。
9.如權(quán)利要求7所述的影像感測(cè)元件，其中該固定層、該絕緣區(qū)和該基底大體上具有相同的電壓。
10.如權(quán)利要求1所述的影像感測(cè)元件，還包括至少一個(gè)介電層，位于該有源層上；保護(hù)層，位于該介電層上；第一平坦化層，位于該保護(hù)層上；彩色濾光層，位于該第一平坦化層上；第二平坦化層，位于該彩色濾光層上；及多個(gè)微透鏡，位于該第二平坦化層上。
11.一種影像感測(cè)元件的制造方法，包括提供基底，包括有源層；在該有源層中形成多個(gè)絕緣區(qū)，其中該多個(gè)絕緣區(qū)接觸或延伸入該基底，以絕緣和定義相對(duì)應(yīng)的多個(gè)像素；及在每個(gè)像素中形成摻雜區(qū)，以形成光二極管。
12.如權(quán)利要求11所述的影像感測(cè)元件的制造方法，其中形成該多個(gè)絕緣區(qū)的步驟為采用離子植入方法。
13.如權(quán)利要求11所述的影像感測(cè)元件的制造方法，還包括在每個(gè)像素中形成固定層，其中該固定層鄰接該有源層的上表面，并且延伸入該絕緣區(qū)。
14.如權(quán)利要求11所述的影像感測(cè)元件的制造方法，其中該有源層和該基底具有不同的導(dǎo)電率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種影像感測(cè)元件及其制造方法。該影像感測(cè)元件包括有源層，位于基底上；絕緣區(qū)，位于有源層中，以定義多個(gè)像素，其中絕緣區(qū)圍繞相對(duì)應(yīng)的像素，并且接觸或延伸入基底，以絕緣每一像素；多個(gè)光二極管位于像素中。該影像感測(cè)元件的制造方法包括提供基底，包括有源層；在該有源層中形成多個(gè)絕緣區(qū)，其中該多個(gè)絕緣區(qū)接觸或延伸入該基底，以絕緣和定義相對(duì)應(yīng)的多個(gè)像素；及在每個(gè)像素中形成摻雜區(qū)，以形成光二極管。本發(fā)明可以改善傳統(tǒng)影像感測(cè)元件的漏電流及串音的問(wèn)題。
文檔編號(hào)H01L21/82GK1976049SQ20061008248
公開日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月2日
發(fā)明者楊敦年 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司