[发明专利]图像传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感器及其制造方法。

背景技术

图像传感器是将光图像转换为电信号的半导体器件。图像传感器通常可以分为电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)。

CIS包括每一单位像素的光电二极管和金属氧化物半导体(MOS)晶体管，以便以切换(switching)方式依次检测各单位像素的电信号，从而生成图像。

典型地，所述CIS包括将光信号转换为电信号的光电二极管区域，和处理所述电信号的晶体管，其中所述光电二极管和晶体管水平地安置在半导体衬底上。

在所述衬底上，水平型CIS的光电二极管与所述晶体管在水平方向上相邻。因此，对每个像素，都需要衬底上的额外区域来形成光电二极管区域。

发明内容

本发明的实施例提供一种图像传感器以及制造该图像传感器的方法，该图像传感器包括垂直层叠的晶体管电路和光电二极管。

在一个实施例中，图像传感器可以包括：半导体衬底，在该半导体衬底上具有晶体管电路；位于所述半导体衬底上并连接至所述晶体管电路的金属互连层，其包括金属互连和层间电介质；位于所述金属互连层上的光接收单元；位于所述光接收单元上的透镜型上电极(upperelectrode)，所述上电极形成为凸透镜形状的透镜型上电极；以及位于所述透镜型上电极上的滤色镜。

根据实施例的图像传感器的制造方法包括：在半导体衬底上形成晶体管电路；在所述半导体衬底上形成包括金属互连和层间电介质的金属互连层；在所述金属互连层上形成光接收单元；在所述光接收单元上形成透镜型上电极，所述上电极形成为凸透镜形状的透镜型上电极；以及在所述透镜型上电极上形成滤色镜。

在本发明中，通过垂直层叠晶体管电路和光电二极管，填充系数可以接近100％。利用这种垂直排列，对于相同大小的像素，可以提供比现有技术中水平图像传感器更高的敏感度。

将结合以下附图和说明书来描述一个或多个实施例的详细内容。从说明书、附图以及权利要求中能明显看出其它特征。

附图说明

图1-图8是根据本发明实施例的图像传感器制造工序的横截面图。

具体实施方式

以下将参考附图中示出的例子来说明本发明实施例的详细内容。

参考图8，根据实施例的图像传感器可包括半导体衬底10、金属互连(interconnection)层20、光电二极管41、凸透镜型上电极53和滤色镜80。半导体衬底10可包括CMOS电路(未示出)。金属互连层20可包括金属互连22和层间电介质21，两者都设置在所述半导体衬底10上。可以使用金属互连22来将信号线和电源线连接到CMOS电路。光电二极管41可以设置在金属互连层20上。凸透镜型上电极53设置在光电二极管41上。滤色镜80可设置在透镜型上电极53上。

在一个实施例中，光电二极管41可包括设置在金属互连层20上的第一导电型导电层、设置在第一导电型导电层上的本征层，以及设置在本征层上的第二导电型导电层。

在另一个实施例中，光电二极管41可包括设置在金属互连层20上的本征层，以及设置在本征层上的第二导电型导电层。

此外，可选择的下电极(optional lower electrode)30可以设置在光电二极管41与金属互连层20之间，在金属互连22上方。

透镜型上电极53可以包括透明电极。透镜型上电极53可以由例如氧化铟锡(ITO)或氧化镉锡(CTO)形成。在一个实施例中，透镜型上电极53具有约500到约10000的厚度范围。

如上所述，凸透镜型上电极可以设置在光电二极管上的每个单位像素中，由此改善入射光的光收集(light collection)效率。因为上电极具有凸形，不需要微透镜，所以减少了制造工序的数量和费用。

图1-图8是根据实施例的图像传感器制造工序的横截面图。

参考图1，金属互连层20包括金属互连22和层间电介质21，其可以形成在具有CMOS电路(未示出)的半导体衬底10上。

尽管没有示出，但在半导体衬底10上可以提供定义有源区和场区的器件隔离层。为了形成单位像素，可以在半导体衬底10上形成CMOS电路，所述CMOS电路例如可以为4T型的图像传感器，其包括转移晶体管、重置晶体管、驱动晶体管和选择晶体管。所述转移晶体管将连接至光电二极管，并使得所接收的光电荷转换为电信号。