[发明专利]叠层结构的图像传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及叠层图像传感器，更具体地，涉及在形成外围电路的晶片的上部包括具有光电导薄膜的光敏元件部分的叠层图像传感器，本发明还涉及制造叠层图像传感器的方法。

背景技术

叠层图像传感器是这样一种传感器，即，其中例如光电二极管的光敏元件和例如MOS(金属氧化物半导体)晶体管的外围电路形成为叠层结构。

由于例如光电二极管的光敏元件被置于图像传感器的上部，因此入射光在叠层图像传感器内的路径变短了。因此，不会产生由于相邻像素之间的干扰引起的光串扰。由于光电二极管区域和MOS晶体管区域被置于叠层结构内，因此，可减小图像传感器的尺寸并且可获得高的光电转换效率。

图1是图示了常规叠层图像传感器结构的示意图。

已经提出了制造叠层图像传感器的各种方法。在方法的一个实例中，分别制造形成电路的第一晶片和形成例如光电二极管的光敏元件的第二晶片，这两个晶片通过金属连接进行电连接。

然而，制造叠层图像传感器的上述方法具有复杂的生产工艺和高的生产成本。此外，由于需要以高精确度实现两个晶片的对准，因此本发明用于有限的用途。

作为另一个实例，给出了这样一种方法，即，通过在形成电路的晶片上沉积光敏元件部分的工艺来堆叠光敏元件部分。由于通过掺杂形成晶片上的电极、晶体管的栅极、和金属层，因此存在的问题是不能使用例如晶体生长工艺的高温工艺。

发明内容

技术问题

本发明提供了叠层图像传感器，该叠层图像传感器在形成外围电路的晶片的上部包括具有光电导薄膜的光敏元件部分。

本发明还提供了通过将具有光电导薄膜的光敏元件部分沉积在形成电路的晶片上的简单工艺来制造叠层图像传感器的方法。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供了叠层图像传感器，包括：晶片，在晶片中外围电路形成于半导体衬底的上部；以及光敏元件部分202，形成于晶片的上部，其中光敏元件部分具有光电导薄膜。

根据本发明的另一方面，提供了制造叠层图像传感器的方法，包括：形成在半导体衬底的上部上形成外围电路的晶片的步骤；以及在晶片的上部形成具有光电导薄膜的光敏元件部分的步骤。

附图说明

图1是图示了常规叠层图像传感器的示意电路图；

图2是图示了根据本发明的叠层图像传感器的示意电路图；

图3是根据本发明的叠层图像传感器的一个像素的电路图；

图4是图示了图3所示的根据本发明的叠层图像传感器的一个像素的等效电路图；

图5是解释了光电导现象的电路图；

图6是图示了图5A的能带结构的视图；

图7是图示了根据本发明制造叠层图像传感器的方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施方式。

图2是图示了根据本发明的叠层图像传感器的示意图。

参照图2，根据本发明的叠层图像传感器包括形成外围电路的晶片201和在晶片上部上形成的光敏元件部分202，光敏元件部分202具有光电导薄膜250。

晶片201包括第一导电型高浓度掺杂的半导体衬底210、形成于半导体衬底上的第一导电型低浓度外延层215、形成于外延层上的栅氧化层230、形成于栅氧化层230上的一个或多个晶体管栅极225、形成于外延层上部的第二导电型电极220、用于与相邻像素隔离的沟道235、用于电连接至电极的金属互连线275、和用于层间绝缘的绝缘层240。

晶片201可通过通用的MOS(金属氧化物半导体)工艺形成，其详细描述被省略。

具有光电导薄膜250的光敏元件部分202通过叠层结构形成于晶片201的上部上。

光敏元件部分202包括形成于晶片201上部上的金属垫245、形成于金属垫的上部的光电导薄膜250、形成于光电导薄膜上部用于电接触的透明导电氧化层260、形成于透明导电氧化层上部的彩色滤光片265、以及形成于彩色滤光片上部的微透镜270。

金属垫245被提供为在晶片201上形成光电导薄膜，金属垫通过金属互连线275电连接至晶片201。

光电导薄膜250形成于金属垫245上。如上所述，叠层图像传感器的光敏元件部分不能通过为高温工艺的晶体生长工艺形成。因此，在本发明中，光电导薄膜250通过使用具有良好光电导的氢化非晶硅薄膜的低温工艺形成。

图3是图示了根据本发明的叠层图像传感器的一个像素电路结构的电路图。图4图示了图3所示的根据本发明的叠层图像传感器的一个像素的等效电路。