專利名稱：圖像感測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種光電裝置，特別有關(guān)于一種使用次微米結(jié)構(gòu)
(submicron structure )的圖像感測裝置。
背景技術(shù)：
隨著光電產(chǎn)品諸如數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字圖像記錄器、具有圖像拍攝功能的手 機(jī)、以及監(jiān)視器逐漸普及化，圖像感測裝置的需求也與日俱增。圖像感測裝 置用于記錄來自圖像的光學(xué)信號(hào)的變化并且將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)。在 記錄及處理上述電子信號(hào)之后，便可產(chǎn)生數(shù)字圖像。而圖像感測裝置一般可 分為二種主要類型 一種為電荷耦合裝置(charge-coupled device, CCD)， 而另一禾中為互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal oxide semiconductor ， CMOS )裝置。
為了提高圖像感測裝置的性能，近期開發(fā)出側(cè)向整合CMOS圖像感測裝 置，其在每一像素中使用CMOS電路并以光電二極管作為光感測裝置。CMOS 電路可增加光敏性并減少噪聲，容許縮小像素尺寸而同時(shí)能維持其功能。對(duì) 于典型的側(cè)向整合CMOS圖像感測裝置而言，光電二極管以及CMOS電路 彼此相鄰地形成于硅基板上，因而降低填充因素(fill factor)，導(dǎo)致光感測 器的光敏性降低。如果要通過增加像素尺寸來維持其光敏性，將會(huì)使分辨率 降低。
美國專利第6,709,885號(hào)揭示一種圖像感測裝置，其將光電二極管垂直 整合制作于CMOS控制電路上方，用以增加填充因素。因此，上述的圖像感 測裝置相較于具有相同像素尺寸的側(cè)向整合CMOS圖像感測裝置而言，可具 有較高的光敏性、
然而，當(dāng)為了提升分辨率而縮小像素尺寸以形成更多的像素時(shí)，填充因 素會(huì)降低，且因?yàn)橄袼刂g的無效區(qū)(dead zone)增加而造成暗電流(dark current)的增加，加重圖像延遲效應(yīng)(image lag effect)。光電二極管的無效區(qū)所指的是光電荷轉(zhuǎn)換效率不佳以及因電荷載子產(chǎn)生熱而形成暗電流的區(qū)域。因而當(dāng)光線進(jìn)入光電二極管時(shí)，在無效區(qū)處并沒有任何信號(hào)產(chǎn)生。
因此，有必要尋求一種新的圖像感測裝置結(jié)構(gòu)，其能夠通過降低圖像感測裝置中的暗電流而減輕圖像延遲效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種圖像感測裝置，其通過在裝置中形成次微米結(jié)構(gòu)來改變?nèi)肷涔庑羞M(jìn)方向，以增加光耦合效率而降低暗電流。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明提供一種圖像感測裝置，其包括基板及設(shè)置于基板上的光電二極管?；寰哂邢袼貐^(qū)以及至少一個(gè)集成電路位于像素區(qū)的基板內(nèi)。光電二極管包括下電極、光電轉(zhuǎn)換層、以及透明上電極。下電極設(shè)置于基板上，且電連接至集成電路。光電轉(zhuǎn)換層設(shè)置于下電極上方，且該光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)具有次微米結(jié)構(gòu)。透明上電極設(shè)置于光電轉(zhuǎn)換層上方。
如上所述的圖像感測裝置，其中該光電轉(zhuǎn)換層包括第一子層，具有第一導(dǎo)電型，且鄰近該透明上電極；以及第二子層，由本質(zhì)半導(dǎo)體材料所構(gòu)成，且設(shè)置于該第一子層與該下電極之間。
如上所述的圖像感測裝置，其中該光電轉(zhuǎn)換層還包括第三子層，具有相反于該第一導(dǎo)電型的第二導(dǎo)電型，且設(shè)置于該第二子層與該下電極之間。
如上所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次微米凹口，排置于該第二子層與該第三子層之間的界面。
如上所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次微米凹口，排置于該第一子層的上表面。
如上所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次微米凹口，排置于該第一子層與該第二子層之間的界面。
如上所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次微米凹口，所述多個(gè)次微米凹口具有不同的寬度以及不同的間距。
如上所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次微米凹口，所述多個(gè)次微米凹口的數(shù)量與該光電二極管的尺寸成正比。
如上所述的圖像感測裝置，其中該光電轉(zhuǎn)換層由本質(zhì)半導(dǎo)體材料所構(gòu)成，且該光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)具有N型或P型的摻雜區(qū)，與該透明上電極接觸。如上所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次微米凹口，排置于該慘雜區(qū)與該透明上電極之間的界面。
如上所述的圖像感測裝置，其中所述多個(gè)次微米凹口對(duì)稱排置于該下電極的中心線的兩側(cè)。
如上所述的圖像感測裝置，其中所述多個(gè)次微米凹口非對(duì)稱排置于該下電極的中心線的兩側(cè)。
如上所述的圖像感測裝置，其中該下電極由金屬所構(gòu)成。
如上所述的圖像感測裝置，其中該透明上電極由銦錫氧化物或銦鋅氧化物所構(gòu)成。
如上所述的圖像感測裝置，其中該光電轉(zhuǎn)換層由非晶硅、微晶硅、鍺化硅、碲化鎘、硒化鎘、硫化鎘、銅銦硒化物、銅銦鎵硒化物、或染料敏化二氧化鈦所構(gòu)成。


圖1為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像感測裝置剖面示意圖。
圖2至圖4為示出根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的用于圖像感測裝置的光電二極管剖面示意圖。
其中，附圖標(biāo)記說明如下
10 入射光；100~基板；104 下電極；108 第二子層；112 光電轉(zhuǎn)換層；
112b 摻雜區(qū)；
114 透明上電極；P 像素區(qū)；Sl、 S2 凹口間距。
具體實(shí)施例方式
以下說明本發(fā)明的實(shí)施例
10' 光線；102 集成電路；106 第三子層；110 第一子層；
112a 次微米結(jié)構(gòu)；
113 次微米凹口；L 虛線；
Wl、 W2 凹口寬度；
此說明的目的在于提供本發(fā)明的總體概念而并非用以限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
圖1為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像感測裝置剖面示意圖。圖像感測裝置包括基板100及設(shè)置于上方的多個(gè)光電二極管?；?00包括硅基板或其它公知的半導(dǎo)體基板，具有像素區(qū)P，用以排置像素陣列(未示出)。像
素陣列中的每一單元像素包括對(duì)應(yīng)且形成于基板ioo上的光電二極管，以將來自入射光10的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)。在本實(shí)施例中，多個(gè)集成電路(IC)102設(shè)置于像素區(qū)P的基板100內(nèi)，且電連接至對(duì)應(yīng)的光電二極管。此處為了簡化附圖，僅示出出兩個(gè)光電二極管及兩個(gè)集成電路102。每一集成電路102可為CCD或CMOS電路或是專用集成電路(application specific integratedcircuit, ASIC)，且用于控制對(duì)應(yīng)的單元像素。
每一光電二極管可包括下電極104、透明上電極110、以及設(shè)置于其間的光電轉(zhuǎn)換層112。下電極104設(shè)置于基板100上，且通過接觸窗(via)(未示出)而電連接至下方的集成電路102。下電極104可由金屬所構(gòu)成，例如銅、鋁、或其合金，或由其它公知的電極材料所構(gòu)成。在其它的實(shí)施例中，下電極104可由金屬及覆蓋該金屬的金屬阻擋材料所構(gòu)成，其中金屬阻擋材料包括鈦或鉭。透明上電極110設(shè)置于光電轉(zhuǎn)換層112上方，可由透明導(dǎo)電材料所構(gòu)成，例如銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)或銦鋅氧化物(indiumzinc oxide, IZO )。
光電轉(zhuǎn)換層112設(shè)置于下電極104上方，可由非晶硅(amorphous silicon)、微晶硅(microcrystalline silicon)、鍺化硅(SiGe)、碲化鎘(CdTe)、硒化鎘(CdSe)、硫化鎘(CdS)、銅銦硒化物(copper indium diselenide, CIS)、銅銦鎵硒化物(copper indium gallium diselenide，CIGS)、或染料敏化二氧化鈦(dye-sensitized Ti02)所構(gòu)成。再者，光電轉(zhuǎn)換層112可為單層結(jié)構(gòu)或是多層結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，光電轉(zhuǎn)換層112為多層結(jié)構(gòu)且包括具有第一導(dǎo)電型的第一子層(sub-layer) 110、由本質(zhì)(intrinsic)半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的第二子層108、以及具有相反于第一導(dǎo)電型的第二導(dǎo)電型的第三子層106。舉例而言，第一子層110、第二子層108、以及第三子層106由非晶硅所構(gòu)成，且第一導(dǎo)電型為P型，而第二導(dǎo)電型為N型。
請(qǐng)參照?qǐng)D1，第一子層IIO鄰近于透明上電極114。第二子層108設(shè)置于第一子層110與下電極104之間。第三子層106設(shè)置于第二子層108與下 電極104之間。另一種情形是光電轉(zhuǎn)換層112具有二個(gè)子層，其中一個(gè)鄰近 于透明上電極114且為N或P型，另一個(gè)則鄰近下電極104且由半導(dǎo)體材料 所構(gòu)成。
通常下電極104的尺寸小于第三子層106，使得無效區(qū)(dead zone) D 形成于單元像素之間與第三子層106邊緣處。當(dāng)填充因素因像素尺寸縮小而 降低時(shí)，光電二極管中產(chǎn)生的暗電流會(huì)因?yàn)閱卧袼刂g的無效區(qū)D相對(duì)變 大而增加，因而加重圖像延遲效應(yīng)。為了解決上述問題，特別使用了具有次 微米結(jié)構(gòu)112a的光電轉(zhuǎn)換層112，使入射光IO通過次微米結(jié)構(gòu)112a時(shí)發(fā)生 共振，且來自入射光10的光線10，彎轉(zhuǎn)朝向下電極104。在本實(shí)施例中，次 微米結(jié)構(gòu)112a包括多個(gè)次微米凹口 113，排置于第一子層110與第二子層 108之間的界面。再者，次微米凹口 113可具有不同的凹口寬度及不同的凹 口間距。舉例而言，其中一個(gè)鄰近下電極104中心的次微米凹口 113的凹口 寬度Wl小于另一個(gè)鄰近下電極104周邊的次微米凹口 113的凹口寬度W2。 再者，凹口間距Sl小于凹口間距S2。當(dāng)入射光10沿著大體垂直于下電極 104表面的方向通過次微米結(jié)構(gòu)112a時(shí)，上述這些次微米凹口 113可對(duì)稱排 置于通過下電極104中心的虛線L的兩側(cè)。當(dāng)入射光10沿著傾斜于下電極 104表面的方向通過次微米結(jié)構(gòu)112a時(shí)，上述這些次微米凹口 113可非對(duì)稱 排置于下電極104中心虛線L的兩側(cè)。須注意的是雖然圖1中具有四個(gè)凹口 113形成于一個(gè)單元像素，然而凹口 113的數(shù)量依據(jù)焦長度以及聚焦點(diǎn)的形 狀而定。再者，當(dāng)單元像素尺寸或是光電二極管尺寸增加時(shí)，凹口113的數(shù) 量也可增加。另外，雖然圖1中每一凹口 113為方形，然而凹口113可為弦 波(sine)形或是三角形。
須注意的是入射光10發(fā)生共振時(shí)，載子會(huì)形成于第二子層108 (或本質(zhì) 半導(dǎo)體層)的上表面。再者，彎轉(zhuǎn)的光線10'會(huì)增加光耦合效率而縮小無效 區(qū)D。因此，可降低光電二極管中所產(chǎn)生的暗電流，以減輕圖像延遲效應(yīng)。
圖2至圖4為示出根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的用于圖像感測裝置的光電二 極管剖面示意圖，其中相同于圖1的部件系使用相同的標(biāo)號(hào)并省略相關(guān)的說 明。請(qǐng)參照?qǐng)D2，次微米結(jié)構(gòu)112a包括多個(gè)次微米凹口 113排置于第一子層 110的上表面。再者，請(qǐng)參照?qǐng)D3，次微米結(jié)構(gòu)112a包括多個(gè)次微米凹口 113排置于第二子層108與第三子層106之間的界面。另外，請(qǐng)參照?qǐng)D4，不同 于圖1至圖3所示的實(shí)施例，光電轉(zhuǎn)換層112為本質(zhì)半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的單 層結(jié)構(gòu)，其內(nèi)具有N或P型的摻雜區(qū)112b。在本實(shí)施例中，摻雜區(qū)112b形 成于光電轉(zhuǎn)換層112的上半部，且與透明上電極114接觸。光電轉(zhuǎn)換層112 的次微米結(jié)構(gòu)112a排置于摻雜區(qū)112b與透明上電極114之間的界面。
雖然本發(fā)明己以優(yōu)選實(shí)施例公開如上，然其并非用以限制本發(fā)明，本領(lǐng) 域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作變更與修飾，因此本發(fā) 明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種圖像感測裝置，包括基板，具有像素區(qū)以及至少一個(gè)集成電路，所述至少一個(gè)集成電路位于該像素區(qū)的該基板內(nèi)；以及光電二極管，設(shè)置于該像素區(qū)的該基板的上方，包括下電極，設(shè)置于該基板上，其中該下電極電連接至該集成電路；光電轉(zhuǎn)換層，設(shè)置于該下電極的上方，且該光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)具有次微米結(jié)構(gòu)；以及透明上電極，設(shè)置于該光電轉(zhuǎn)換層的上方。
2. 如權(quán)利要求l所述的圖像感測裝置，其中該光電轉(zhuǎn)換層包括 第一子層，具有第一導(dǎo)電型，且鄰近該透明上電極；以及 第二子層，由本質(zhì)半導(dǎo)體材料所構(gòu)成，且設(shè)置于該第一子層與該下電極之間。
3. 如權(quán)利要求2所述的圖像感測裝置，其中該光電轉(zhuǎn)換層還包括第三 子層，具有相反于該第一導(dǎo)電型的第二導(dǎo)電型，且設(shè)置于該第二子層與該下 電極之間。
4. 如權(quán)利要求3所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次 微米凹口，排置于該第二子層與該第三子層之間的界面。
5. 如權(quán)利要求2所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次 微米凹口，排置于該第一子層的上表面。
6. 如權(quán)利要求2所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次 微米凹口，排置于該第一子層與該第二子層之間的界面。
7. 如權(quán)利要求1所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次微米凹口 ，所述多個(gè)次微米凹口具有不同的寬度以及不同的間距。
8. 如權(quán)利要求1所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次微 米凹口 ，所述多個(gè)次微米凹口的數(shù)量與該光電二極管的尺寸成正比。
9. 如權(quán)利要求1所述的圖像感測裝置，其中該光電轉(zhuǎn)換層由本質(zhì)半導(dǎo)體 材料所構(gòu)成，且該光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)具有N型或P型的摻雜區(qū)，與該透明上電極 接觸。
10. 如權(quán)利要求9所述的圖像感測裝置，其中該次微米結(jié)構(gòu)包括多個(gè)次微米凹口，排置于該摻雜區(qū)與該透明上電極之間的界面。
11. 如權(quán)利要求1所述的圖像感測裝置，其中所述多個(gè)次微米凹口對(duì)稱排置于該下電極的中心線的兩側(cè)。
12. 如權(quán)利要求1所述的圖像感測裝置，其中所述多個(gè)次微米凹口非對(duì)稱排置于該下電極的中心線的兩側(cè)。
13. 如權(quán)利要求l所述的圖像感測裝置，其中該下電極由金屬所構(gòu)成。
14. 如權(quán)利要求1所述的圖像感測裝置，其中該透明上電極由銦錫氧化物或銦鋅氧化物所構(gòu)成。
15. 如權(quán)利要求1所述的圖像感測裝置，其中該光電轉(zhuǎn)換層由非晶硅、微晶硅、鍺化硅、碲化鎘、硒化鎘、硫化鎘、銅銦硒化物、銅銦鎵硒化物、或染料敏化二氧化鈦所構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種圖像感測裝置。圖像感測裝置包括基板及設(shè)置于基板上的光電二極管?；寰哂邢袼貐^(qū)以及至少一個(gè)集成電路位于像素區(qū)的基板內(nèi)。光電二極管包括下電極、光電轉(zhuǎn)換層、以及透明上電極。下電極設(shè)置于基板上，且電連接至集成電路。光電轉(zhuǎn)換層設(shè)置于下電極上方，且其內(nèi)部具有次微米結(jié)構(gòu)。透明上電極設(shè)置于光電轉(zhuǎn)換層上方。本發(fā)明能夠增加光耦合效率，并且降低暗電流。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101521214SQ20081012566
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2008年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月28日
發(fā)明者李孝文 申請(qǐng)人:采鈺科技股份有限公司