图像传感器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种图像传感器及其制造方法。一种图像传感器，包括：具有像素区和外围电路区的半导体衬底；具有形成在半导体衬底上的金属引线和焊盘的层间介电层；选择性地形成在金属引线上的下电极；形成在像素区的层间介电层上的光电二极管；以及形成在光电二极管上的上电极。因此，本发明专利技术能够提供晶体管和光电二管的填充因子接近１００％的垂直集成方法，提供比现有技术更高的灵敏度，在不降低各单位像素的灵敏度的情况下实现更复杂的电路，通过防止像素之间的串扰等提高图像传感器的可靠性，通过增加在单位像素中的光电二极管的表面面积而提高光灵敏性的光学特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体器件，以及尤其涉及一种。
技术介绍
图像传感器，其为将光学图像转换为电信号的半导体器件，广泛分为电 荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补型金属氧化物硅(CMOS)图像传感 器(CIS)。在单位像素中形成光电二极管和MOS晶体管，CMOS图像传感器通过以切换方式相继探测在每个单位像素中的电信号。CMOS图像传感器可划分为接收光信号并将其转换为电信号的光电二极 管区域和处理电信号的晶体管区域。CMOS图像传感器为光电二极管和晶体管水平设置在半导体衬底上的结构。利用平面的CMOS图像传感器，光电二极管和晶体管邻近形成以在水平 方向上在衬底上彼此邻近。因此，需要额外的区域，以形成光电二极管。因 而，存在降低填充因子和限定分辨率可能性的问题。同样，利用平面CMOS图像传感器，存在实现工艺优化用于同时制造光 电二极管和晶体管的难题。换句话说，在快速晶体管工艺中，对于低表面电 阻需要浅结，但是该浅结可能对于光电二极管是不适当的。同样，利用平面图像传感器，可将额外的片上功能添加到图像传感器。 然后，应该增加或降低单位像素的尺寸，以保持图像传感器的灵敏性。然而，其具有当单位像素的光电二极管增加时，图像传感器的分辨率降5低的问题。同样，当光电二极管的面积减小时，图像传感器的灵敏性也降低。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种能够提供晶体管电路和光电二极管的新集 成的图像传感器及其制造方法。本专利技术的另一个目的是提供一种能够同时提高分辨率和灵敏度的图像传 感器及其制造方法。本专利技术的另一个目的是提供一种提高后续工艺步骤同时采用垂直光电二 极管的图像传感器及其制造方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种图像传感器，包括具有像素区 和外围电路区的半导体衬底；具有形成在半导体衬底上的金属引线和焊盘的 层间介电层；选择性地形成在金属引线上的下电极；形成在像素区的层间介 电层上的光电二极管；以及形成在光电二极管上的上电极。同时，为了实现上述目的，本专利技术提供了一种根据本专利技术的图像传感器 的制造方法，包括步骤在半导体衬底上形成像素区和外围电路区；在半导 体衬底上形成具有金属引线和焊盘的层间介电层；在金属引线上选择性地形 成下电极；在像素区的层间介电层上形成光电二极管；以及在光电二极管上 形成上电极。附图说明附图，其包括用于提供对本专利技术的进一步解释并结合入本申请且作为本 申请的一部分，示出了本专利技术的实施方式并与说明书一起用于解释本专利技术的 原理。在附图中图1至图12是根据本专利技术的第一实施方式的图像传感器的工艺横截面视图；图13至图21是根据本专利技术的第二实施方式的图像传感器的工艺横截面 视图。具体实施方式在以下文中，将参照附图详细描述根据本专利技术的实施方式的图像传感器及其制造方法。在实施方式的描述中，当任何元件描述为在每一层之上或上方时， 其包括元件直接或间接形成于具有插入其它层的每一层之上或上方的所有情 形。在附图中，每层的厚度和尺寸都是夸大或忽略了，并为了简便示意性示 出且便于解释。同样，附图没有按比例绘制且扩大了特定部件以更好地示出 及解释本专利技术。[第一实施方式]图12是示出根据本专利技术的第一实施方式的图像传感器的横截面视图。根据本专利技术实施方式的图像传感器包含具有像素区A和外围电路区B的 半导体衬底10;具有金属引线30和31以及形成与半导体衬底10上的焊盘 32的层间介电层20;选择性形成于金属引线30和31上的下电极40;形成 于像素区A的层间介电层20上的光电二极管71;形成于光电二极管71上的 上电极81;以及形成于上电极81上的钝化层91。光电二极管71由本征层51和导电层61形成。上电极81可仅形成于光 电二极管71的上表面上。钝化层91可配置有分别暴露上电极81和外围区域 B上的下电极40的第一开口孔92和第二开口孔93。连接到上电极81的上引线110可形成于具有第一开口孔92和第二开口 孔93的钝化层91上。滤色片120和保护层130可形成于上电极81上。例如， 钝化层91可由氧化膜和氮化膜的任意一种形成。例如，连接到上电极81的 上引线110可由诸如铝的金属材料形成。在以下文中，将参照图1至图12描述根据实施方式制造图像传感器的方法。参照图1，具有金属引线30和31的层间介电层20形成于其上形成CMOS 电路(未示出)的半导体衬底10上。尽管没有示出，但是半导体衬底10与限定有源区域和场区的器件绝缘层 一起形成，并且像素区A和外围电路区B可形成于有源区域上。单位像素形成于像素区A上并且外围电路单元形成于外围电路区B上以 通过相继检测每个单位像素的电信号而实现图像。CMOS电路，其由连接如以下所述的光电二极管的用于将所接收光线的光电荷转换成电信号的传送晶体管(未示出)、重置晶体管(未示出)、驱 动晶体管(未示出)、选择晶体管(未示出)等构成，可在形成于显示区域 A上的单位像素中形成。层间介电层20和用于与电源线或信号线连接的金属引线30及31形成于 其上形成CMOS电路的半导体衬底10的上部分上。层间介电层20可由多层 形成。穿过层间介电层20的金属引线30和31可以复数形成。例如，层间介 电层20可由氧化膜形成。同样，金属引线30和31可由多种导电材料形成， 包括金属、合金或硅化物，目卩，铝、铜、钴或钨等。金属引线30和31在每 个单元排列形成以将CMOS电路连接到光电二极管70。另外，当形成金属 引线30和31时，连接到外围电路区B的焊盘32可形成。在层间介电层20 上形成连接到半导体衬底10的CMOS电路的金属引线30和31以及焊盘32 之后，金属引线30可在光电二极管70的每个单位像素构图。因此，光电二 极管70形成于具有金属引线30和31的层间介电层20上，从而光电二极管 70电连接到金属引线30和31。参照图2和图3，在形成光电二极管70之前，下电极40可形成于金属 引线30和31上。例如，下电极40可由金属形成，诸如Cr、 Ti、 TiW和Ta。 当然，下电极40不能形成。在层间介电层20上形成铬(Cr)层之后，下电 极40可通过光刻工艺仅形成于金属引线30和31的上部分上。光电二极管 70形成于具有金属引线30和31以及焊盘32的层间介电层20上。光电二极 管70形成于层间介电层70的上部分上，以接收从外部入射的光线并将其转 化成电形式且以电形式存储。在本专利技术的实施方式中，作为光电二极管，使 用IP二极管。在金属、本征非晶硅和p型非晶硅结合的结构中形成二极管。 根据将从外部入射的光线转化成电形式的效率和总电荷容量确定光电二极管 的性能。现有的光电二极管产生电荷并在P-N、 N-P、 N-P-N、 P-N-P等异质结中所产生的耗尽区中存储电荷。然而，IP二极管为具有为纯半导体的本征 非晶硅的结构的光电二极管，在p型硅和金属之间的结合。当在p型非晶硅 和金属之间形成的所有本征非晶硅为耗尽区时，IP 二极管具有产生并存储电 荷的优点。在实施方式中，IP二极管用作光电二极管并且二极管的结构可以 P-I-N、 N-I-P、 I-P等的结构形成。特别地，在本专利技术的实施方式中，例如， 使用具有[-P结构的P-I-N 二极管并且本征非晶硅称为本征层以及p型非晶硅称为导电层。将参照图4描述使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器，包括：半导体衬底，具有像素区和外围电路区；层间介电层，具有形成在所述半导体衬底上的金属引线和焊盘；下电极，选择性地形成在所述金属引线上；光电二极管，形成在所述像素区的所述层间介电层上；以及　上电极，形成在所述光电二极管上。

【技术特征摘要】
KR 2007-6-12 10-2007-00570651、一种图像传感器，包括半导体衬底，具有像素区和外围电路区；层间介电层，具有形成在所述半导体衬底上的金属引线和焊盘；下电极，选择性地形成在所述金属引线上；光电二极管，形成在所述像素区的所述层间介电层上；以及上电极，形成在所述光电二极管上。2、 根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器进 一步包括形成在所述上电极上的钝化层。3、 根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述钝化层配有第一开口孔和第二开口孔，所述第一开口孔和第二开口孔分别暴露出上电极和外 围电路区上的下电极。4、 根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，还包括形成在所述 钝化层的所述第一开口孔和所述第二开口孔上的上引线，所述上引线连接至所 述像素区的上电极。5、 根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述上引线延伸形成以连接所述像素区的上电极至所述外围电路区的下电极。6、 根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述上引线形成为围绕所述光电二极管的外部区域。7、 根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括 形成在所述上电极上的滤色片；以及 形成在所述滤色片上的保护膜。8、 根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述光电二极管包括形成在所述像素区的所述层间介电层上的本征层；以及 形成在所述本征层上的导电层。9、 根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述光电二极管包括形成在所述像素区的所述层间介电层上的第一导电层；形成在所述第一导电层上的本征层；以及 形成在所述本征层上的第二导电层。10、 根据权利要求9所述的图像传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玟炯，
申请(专利权)人：东部高科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]