TW448577B - Image sensor structure and the manufacturing method thereof - Google Patents

Description

448 5 7 7 五、發明說明（l) 發明背景 發明領域 本發明係 下簡稱” TFT”） 如：光偵測器 關於一影像感測器’其中’薄膜電晶體（以 如：開關元件及光電二極體（以下簡稱” PD，1 ) ’是形成於一單一基質上。 相關技術說明 直在影像掃描器或傳真機中，影像感測器被結合運用於 /、中’而用來偵測照射於原始表面之反射光。 感測器之外形安排，為能使像素（Pixel)配置於一直線7 每像素包括由非晶石夕（a - S i)所組成之p j)及類比'開 :::複晶矽(?〇175山_而。第3圖是像素在影像感 剧态宁之平面示意圖^如圖所示，對於—pD形成一。 此PD經過TFT連接上-偏壓線41，同時，閑極連接至掃描 電，未圖示）^每PD所產生之電荷係暫時被儲存於其接面 電合ι§中，且以幾百千赫茲（κΗζ)至幾百萬赫茲（ΜΚζ)的速 率經由驅動TFT所構成的開關裝置並藉由信號讀取線42 , 依時間順序當作電子信號被讀取D在如此的TFT驅動型影 像感測器中，可藉由TFT操作之單一驅動丨c來進行讀取， 所以’驅動影像感測器之驅動IC s之數目因而減少。 此類影像感測器中之TFT及PD為相繼形成’且[)1^之； 成’至少需有一微米（百萬分之—米）的厚度，以具充足点 敏感度。因此，覆蓋PDs之絕緣膜，依據其覆蓋性，必3 至少有200nm之厚度。 448 5 7 7 五、發明說明（2) 以往，此種顥像應感測器之製造過程’如第5圖（a )至 (k)所示。而下列所述之剖面圖取自第3圖之線A-A’ ° 特別在沈積透明絕緣之基質上，沈積複晶矽膜1，藉 由適當技術如CVD，形成約50至lOOnm之厚度；此膜依據 TFT通道形狀，並經由照相平版印刷（photolithography) 而被圖形化（pattern);於此膜上，沈積厚度約50-100 nm 之閘氧化膜2 (見第5 (a)圖）。另一個方法是，複晶矽膜可 由雷射退火，將由CVD另外形成的a-Si結晶而成。 接著，膜上沈積一多層結構，其包括複晶石夕或金屬膜 及金屬石夕化物（siiicide)膜，而成為厚度約10〇-300nm之 閘電極3，其同樣地被圖形化（見第5(b)圖）。 接著，進行離子摻雜形成源極-汲極區4，而磷（P)及 硼（B)離子，於一定量下，分別被導入n型和p型（見第5(c) 圖）。 隨後，以CVD沈積二氧化矽（Si02)，約20 0至500nm之 厚度’成為第一層間膜5，覆蓋整個表層（見第5(d)圖）。 在第一層間膜5上，形成厚約i〇〇nm的在PD中之下電極 6 ’其由金屬如鉻構成，隨後圖形化成既定之形狀。 在此表面上，由CVD形成厚約1 /im之ρ-1-η型之a-Si 層7 ’由底而上包括„，I及p型.此層上隨後形成厚約 100nm之ΙΤ0層8作為透明電極，及厚約5〇-l〇〇nm之阻障金 屬層9 ’如鎢矽化物（見第5 ( f )圖）^然後，阻障金屬層9、 IT0層8及a-Si層7係以照相平版印刷來圖形化成PDl〇的形 狀（見第5(g)圖）。 /

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在此表面上，由CVD形成一厚約2〇〇-500nm之Si3N4膜， 成為第二層間膜1】（見第5(h)圖）。同上所述，因中之 a-Si層7具有一厚度約lym，故覆蓋此pD之絕緣膜依據其 覆蓋性而需有約200nm之厚度。 ' 隨後’接觸孔1 2形成，觸及TF T之源極-汲極區4、閘 電極3 中之下電極6及阻障膜9、PD之上層（見第5(i) 圖）。接著，沈積金屬13如鋁至厚度約5 0 0至l〇〇〇nm，然後 經由餘刻而成既定之連接區形狀（見第5 ( j )圖）。最後，在 此表面沈積上厚度約1 或較少之Si3N4膜或有機膜如聚亞 酿酸（po 1 ym i de ) ’作為鈍態膜丨4，而形成之影像感測器 如第5(k)圖所示。 如第5(i)圖所示接觸孔12形成的步驟中，第二層間膜 11及第一層間膜5相繼被蝕刻而成。為形成如此深之接觸 孔，嚴袼的控制蝕刻狀況是必需的。進一步來說，因為蝕 刻終點之控制是極端困難的，基廣的損害是無可避免的β 特別是’當形成一接觸孔至複晶矽層，如源極-汲極區4 時’飯刻對於複晶矽造成之侵害可能會使裝置品質明顯的 惡化。在除去TFT上之第一層間膜5時，PD可能會被過度蝕 刻，這可能會對PD中之金屬膜，如下電極6及阻障金屬膜9 產生一定程度之影響。 因此，TFT及PD中之連接層 < 分別形成而避免形成如 此深的接觸孔。第6 ((a)至（g))圖是顯示此製程之剖面 圖。 首先，形成TFT，然後同上所述’沈積第一層間膜 448 57 7 五、發明說明（4) 5(見第6(a)圖）。接著，形成TFT的連接層13a(見第6(b) 圖），且於連接層13a上形成第三層間膜15，如氧化石夕膜， 厚約200至500 nm 。 接下來，同上所述，形成PD之下電極6(見第6(幻圖） 及PD10(見第6(e)圖）。接著同上所述，再形成覆蓋整個表 面之第二層間膜Π(見第6(f)圖）。最後，形成PD之連接層 13b(見第 6(g)圖）。 因此’ TFT及PD之連接層可以分別形成，以避免形成 接觸孔時破壞到基層。然而，這需要2個連接區-形成之 步驟，而導至製程複雜化。 發明概要 本發明之目的在於提供簡單之影像感測器之製造製 程’其中’當形成接觸孔時，對基層造成最小傷害，也因 此保固影像感測器之結構。 本發明為解決以上間題’提供一種影像感測器，包 括：一薄膜電晶體’位於透明基質上；一第一層間膜，覆 蓋該薄膜電晶體；一光電二極體，位於該第一層間膜上， 作為光偵測器，以及一第二層間媒，位於該光電二極體和 該第一層間膜上；其中，該第一層間膜和該第二層間膜是 由不同的材料所做成，且在去除形成接觸孔之處附近之第f 二層間膜後，形成至包括該薄獏電晶體中之複晶矽之元件 之至少一接觸孔。 尤其，更好的是藉由去除第二層間膜而形成之接觸孔 在源極-沒極區或源極_ >及極區及閘電極，將第二層間膜

448577 五、發明說明（5) ~ '- 從薄膜電晶體整個表面上去除，且面積足以暴露光電二極 體中部分之下電極。最好是，第一層間膜及第二層間膜分 別為氧化碎膜及氮化梦膜。 本發明並提供一種影像感測器之製造方法，包括下列 步驟：（1)在透明基質上形成一薄膜電晶體；（2)形 j覆蓋該薄膜電晶體之第一層間膜；（3 )形成位於該第 二層間膜上之光電二極體，作為光偵測器；（4 )形盥 該第一層間膜為不同的材料所形成之第二層間膜，位於^ 2電二極體和該第-層間膜上；（5 )去除於至少即將； :=括該薄膜電晶體中複晶矽之元件之接觸域 :該第二層間膜；（6)於去除該第二層間膜後 ： 在该接，孔形成區之該第一層間膜之接觸孔：以及7 形成該薄膜電晶體及該光電二極體之連接區。 尤其，本發另_較佳之形態為如上述之製裎，， 連接連接區至第二層間腹+拉雄+ M n Q士 ’、τ 於為护志技雜π & 1骐接觸 成 ％，形成暴露 2形成名觸孔而去除之第二層間膜區域之第—層間膜之 孔，且，其中，第一及第二層間膜根據形成至第一 第：層間膜之接觸孔時所用之靡所造成及i -層間膜蝕刻率，而調整其厚度。 a第及第 接另一較佳之形態為如上述之製程’其+，連接連 元：勺各：層間臈之接觸孔形成的同_，去除即將形成至 間骐i肖膜電晶體中複晶矽之接觸孔區域附近之第二層

4 48 57 7 五、發明說明（6) 之損害，而不使製造步驟更複雜。 圖式之簡單說明 第1 ( (a)至（k))圖是一製程剖面圖，說明根攄本發 明實施例之影像感測器之製造過程。 第2 ( (a)至（d))圖是一製程剖面圖，說明根據本發 明另一實施例之影像感測器之製造過程。 第3圖是一影像感測器中之像素之示意平面圖。 第4 ( (a)至（d))圖是一製程剖面圖，說明根據本發明 進一步實施例之影像感測器之製造過程。 第5 ( ( a)至（k))圖是一製程剖面圖，說明根據習知技 術之影像感測器製造過程。 第6( (a)至（g))圖是另一製程剖面圖，說明根據習 知技術之影像感測器製造過程。 符號說明 1〜複晶矽膜；2〜閘氧化膜；3〜閘電極；4〜源極~汲 極區；5〜第一層間膜；6〜下電極；7〜a-Si層；8〜1丁0 層；9〜阻障金屬層〜PD ; 11〜第二層間膜；12(a)、 12(b)〜接觸孔；13(a)、13(b)〜連接層；14〜鈍態保護 層；1 5〜第三層間膜。 較佳實施例之詳細說明 本發明之較佳實施例將會參照第1 ( (a)至（k))圖之製 程剖面圖，做詳細說明。

448577 五、發明說明（7) 藉由適當之技術如CVD ’在透明基質上沈積複晶矽膜 1 ’厚約50-lOOnm ;該膜再由照相平版印刷，根據通道 之形狀而被圖形化；接著，沈積厚約5〇至1 〇〇 nm之閘氧化 膜2於此膜上（見第1(a)圖）。 接著，厚約100至300nm之層狀構造包括複晶矽或金屬 膜及金屬石夕化物膜’沈積於此膜上作成為閘電極3，然 後’由如上所述之方法被圖形化（見第〗（b)圖）。 接著’進行離子摻雜而形成源極—沒極區4，同時，分i 別加入既定量之磷及硼離子作為η型及p型（見第i(c)圖）。 然後’經CVD沈積厚約200至5〇〇ηιη之5丨02膜，作為第 一層間膜5，覆蓋於整個表面上（見第i(d)圖）。 在此第一層間膜5上形成PD中之下電極6，由如鉻的金 屬製成’其厚度約1 0 0nm，然後被圖形化成既定的形狀（見 第1(e)圖）。 •於此表面上’藉由CVD形成由下起包括n，i ,p層之 p-1-n型之a-Si層7 ’厚約1接著於此層上形成厚約 100nm之ΙΤ0層8 ’作為透明電極及厚約5〇至1〇〇紐之阻障金 屬層9 ’如鎢矽化物（見第1 ( f )圖），然後藉由照相平版印 刷，將阻障金屬層9、IT0層8及a-Si層7圖形化成PD10之形 狀（見第1(g)圖）。 於此表面上經由CVD形成一厚度約200至50 0龍之Si3N4 膜作為第二層間犋Π(見第1(h)圖）。因pd中之a-Si層7厚 度約l//m，需要形成厚度200nra或更厚之第二層間膜11才

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¢48 5 7 7 五、發明說明（9) 除形成接觸孔至下電極6之步驟。 在本發明另一實施例中，去除 形成至第二層間膜之接觸孔；至暴命$膜的同時，可 區域之第一層間膜之接觸孔可有—層間膜被去除 區可跟第一和第二層間膜中形==被形⑨；且連接 於上述，。完成第二層間膜同時形成。特別 上所述，由以CF4及02為蝕刻劑之乾敍 、上，如 上移去第二層間膜U，如第2(b) = =成’同時從rn 接著’如第2(c)圖所示，以一置墓望/ 區域以外的地區極進行乾㈣，以ϋ形成接觸孔⑽ 觸孔12b。更適合的是，使用CF %成#至弟—層間膜之接 及複晶…擇比增加： 基層複晶石夕之最小破壞。因此：分-步達成對 間膜5及U之接觸孔，可消除第1 厚度之必要，讓設計上更有彈性。 7冑整兩個膜 最後，如第2(d)圖中所示，金屬如 之厚度’然後被叙刻成連接區"之：至 成純態保護層，而形成影像感測器。 、开4且形 當以金屬來形成閘電極時，第 沒極接觸之區域中去除，同時形成至p”金；觸 =被ί =域之第-層間膜形成之至接 上述巳完成形成第二層間膜u步驟之基質

第12頁 4 48 57 7 五、發明說明（ίο) 中以C.^4及作為乾钮刻之触刻劑，如上所述，第二層間 膜中，形成至PD之接觸孔12a，同時，由形成至TFT源極一 汲極之接觸孔之區域中去除第二層間膜u，如第4(a)圖中 所示。 然後’以單幕如光阻（Photoresist)蓋住其餘的區 域’以CF4及〇2為钱刻劑’相繼乾蝕刻第二及第一層間膜 11、5 ’形成至閘電極之接觸孔丨以（見第4(b)圖）。接著， 以罩幕蓋住即將形成接觸孔1 2c之區域以外的地區，而形 成至源極-沒極之接觸孔12c(見第圖）。更適合的是， 以CF4及&為蝕刻劑，於氧化膜及複晶矽之選擇比會增加之 —混合比例下’而進一步達成對基層複晶矽之最小破壞。 雖然已說明至閘電之接觸孔比至源極—汲極之接觸孔更早 形成的場5其實，至源極-沒極之接觸孔可以比至閘電 之接觸孔更早形成。 最後’如第4 (d)圖所示’金屬如鋁沈積至 50(^1 OOOnm之厚度，然後被蝕刻成連接區13之既定形狀， 且形成純態保護層，而形成影像感測器。 已說明PD為汁丨：接面非結晶形的複晶矽的場合。铁 而本發明不限於特定種類，包括至i-a-Si之肖特基’、、 (Schottky)接面的構造亦可應用。進一步，雖然已說 有一種TFT是每像素之開關元件，但是本發明不限於、 之TFT。因此，本發明可被應用於任何類型之丁打， 驅動m及驅動電路TFT，只要於製造期間被包括第一 2 二層間膜之層狀結構所覆蓋即可。 第

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Claims (1)

1. 448 5 7 7 II I 質 内 否 准 t 正 η 3 是 C :六、申請專利範園 1 一種影像感測器，包括： 一薄膜電晶體，位於透明基質上 一第一層間臈， 一光電二極體 器；以及 一第二層間膜 上； _案號891f)〗fiQ7

   覆蓋該薄膜電晶體； 位於該第一層間臈上，作為光偵測 位於該光電二極體和該第一層間膜 其中，該第一層間膜和該第二層間膜是由不同的材料 所做成，且在去除形成接觸孔之處附近之第二層間膜後， 形成至包括該薄膜電晶體中之複晶石夕之元件之至少一接觸 孔。 2·如申請專利範圍第1項之影像感測器，其中，藉由 去除第二層間膜而形成之接觸孔為源極—汲極區用者。 3. 如申請專利範圍第2項之影像感測器，其中，藉由 去除第一層間膜而形成之接觸孔為閘電極用者。 4. 如申請專利範圍第1項之影像感測器，其中，第二 層間膜從整個薄膜電晶體表面上去除。 ' 5. 如申請專利範圍第1項之影像感測器，其中，第二 層間膜從薄膜電晶體整個表面上去除，且面積足以暴露光 電二極體t一部分之下電極。 6. 如申請專利範圍第1項之影像感測器，其中，第一 層間膜及第一層間膜分別為氧化s夕膜及氮化石夕膜。 7. —種影像感測器之製造方法，包括下列步驟： (1) 在透明基質上形成—薄膜電晶體； (2) 形成覆蓋該薄膜電晶體之第一層間膜 1^11 2138-3016PFl;Hui.ptc 第14頁 448577 __案號89101697 年4月></日 修正 _ 六、申請專利範圍 (3)形成位於該第一層間膜上之光電二極體，作為光 偵測器； (4) 形成與該第一層間膜為不同的材料所形成之第二 層間膜，位於該光電二極體和該第一層間膜上； (5) 去除於至少即將形成至包括該薄膜電晶體中複晶 矽之元件之接觸孔周圍區域的該第二層間臈； (6) 於去除該第二層間膜後，形成暴露在該接觸孔形 成區之該第一層間膜之接觸孔；以及 (Ό形成該薄膜電晶髏及該光電二極體之連接區。 8 ·如申請專利範圍第7項之影像感測器之製造方 法，其中’連接連接區至第二層間膜之接觸孔形成的同 時’形成暴露於為形成接觸孔而去除之第二層間膜區域之 第一層間膜之接觸孔。 9. 如申請專利範圍第8項之影像感測器之製造方法， 其中，第一及第二層間膜根據形成至第一及第二層間膜之 接觸孔時所用之蝕刻劑所造成之該第一及第二層間膜蝕刻 率’而調整其厚度。 10. 如申請專利範圍第7項之影像感測器之裳造方法， 其中，接觸孔連接連接層至該第二層間膜，同時去除即將 形成至包含薄膜電晶體中複晶矽之元件之接觸孔區域附近 之該第二層間膜。 11. 如申請專利範圍第7項之影像感測器之製造方法， 其中，藉由去除該第二層間臈而形成之該接觸孔為源極— I2·如+料㈣S第11項之影像感測器之製造方

   2138-3016PFl；Hui.ptc 第15頁 448577 案號89〗f)1fiQ7

   六、申請專利範圍 法’其中，藉由去除該第二層間 電極用者。 膜而形成之該接觸孔為閘 1 3.如申請專利範圍第7 其中’該第二層間膜從整個薄‘ 造方法’ 如申請專利範圍第7項：：：二表面上去除。 其中，該第二層間膜從整個薄膜‘曰2測器之製造方法’ 夠暴露一部分下電極之區域：去J3:體表面及閑電極中足 如第申請及專第利，項之影像感測㈣ 該第及k層間膜分別為氧切膜及I化石夕ΐ。

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