專利名稱：圖像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及一種圖像傳感器及制造方法。
背景技術(shù)：
近來(lái)，CMOS(互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器被矚目為下一代圖像傳感器。 CMOS圖像傳感器是這樣一種設(shè)備使用切換方式以依靠MOS晶體管順序地檢測(cè)每個(gè)單位像 素的輸出，其中MOS晶體管通過(guò)利用外圍設(shè)備(例如控制器和信號(hào)處理器)的CMOS技術(shù)與 單位像素相對(duì)應(yīng)地形成于半導(dǎo)體襯底上。CMOS圖像傳感器包括每個(gè)單位像素中的光電二極 管和MOS晶體管，并且以切換方式順序地檢測(cè)每個(gè)單位像素的電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)圖像。
由于CMOS圖像傳感器是利用CMOS技術(shù)制造的，因此它具有低功耗的優(yōu)點(diǎn)。另夕卜， 由于需要較少的光處理步驟，因此能夠簡(jiǎn)化CMOS圖像傳感器的制造工藝。此外，因?yàn)榭梢?在一個(gè)CMOS圖像傳感器芯片上集成控制器、信號(hào)處理器、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器等，所以該CMOS 圖像傳感器就能夠?qū)a(chǎn)品的尺寸減到最小。因此，CMOS圖像傳感器被廣泛地應(yīng)用于諸如數(shù) 字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種圖像傳感器及其制造方法，其能夠在抑制相鄰的像素之間 相互干擾的同時(shí)提高感測(cè)效率。 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器包括電路層，位于半導(dǎo)體襯底的第一表面上；金 屬互連層，位于電路層上；多個(gè)溝槽，沿著像素的邊界形成在半導(dǎo)體襯底的第二表面中；以 及光線阻擋層，位于溝槽中。 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法包括如下步驟在半導(dǎo)體襯底的第一表 面上形成電路層；在電路層上形成金屬互連層；沿著像素的邊界，在半導(dǎo)體襯底的第二表 面中形成多個(gè)溝槽；以及通過(guò)用金屬層填充溝槽形成光線阻擋層。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器包括電路層，位于半導(dǎo)體襯底的第一表面上； 金屬互連層，位于電路層上；多個(gè)溝槽，沿著像素的邊界形成在半導(dǎo)體襯底的第二表面中； 濾色鏡層，具有第一、第二以及第三濾色鏡，與像素相對(duì)應(yīng)地形成在半導(dǎo)體襯底的第二表面 上；以及光線阻擋層，通過(guò)在溝槽中填充第一濾色鏡的材料而獲得。 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法包括如下步驟在半導(dǎo)體襯底的第一 表面上形成電路層；在所述電路層上形成金屬互連層；沿著像素的邊界，在所述半導(dǎo)體襯 底的第二表面中形成多個(gè)溝槽；在所述半導(dǎo)體襯底的第二表面上形成第一濾色鏡層；以及 通過(guò)部分地曝光和顯影該第一濾色鏡層而形成位于溝槽中的光線阻擋層和第一濾色鏡。
根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器的制造方法包括如下步驟在半導(dǎo)體襯底的第一 表面上形成電路層；在所述電路層上形成金屬互連層；沿著像素的邊界，在所述半導(dǎo)體襯 底的第二表面中形成多個(gè)溝槽；在所述半導(dǎo)體襯底的第二表面上形成第一濾色鏡層；通過(guò) 部分地曝光和顯影該第一濾色鏡層而在溝槽中形成光線阻擋層；以及在所述半導(dǎo)體襯底的
3第二表面上形成濾色鏡層。該濾色鏡層包括第一濾色鏡，該第一濾色鏡是利用另外的第一 濾色鏡層而形成的。


圖1至圖6是示出根據(jù)第一實(shí)施例的圖像傳感器的制造工藝的橫截面圖；
圖7至圖10是示出根據(jù)第二實(shí)施例的圖像傳感器的制造工藝的橫截面圖；以及
圖11是示出根據(jù)第三實(shí)施例的圖像傳感器的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
在實(shí)施例的描述中，應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)提及一個(gè)層(或膜)在另一個(gè)層或襯底"上"時(shí)， 其可以直接在另一個(gè)層或襯底上，或者也可以存在中間層。此外，應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)提及一個(gè)層 在另一個(gè)層"下"時(shí)，其可以直接在另一個(gè)層下，或者也可以存在一個(gè)或多個(gè)中間層。另外， 還應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)提及一個(gè)層在兩個(gè)層"之間"時(shí)，其可以是在兩個(gè)層之間的唯一層，或者也可 以存在一個(gè)或多個(gè)中間層。為達(dá)到清晰說(shuō)明的目的，附圖中示出的元件或?qū)拥某叽缁蚝穸?可能被放大、省略或示意性地示出，元件或?qū)拥膶?shí)際尺寸可能與附圖中示出的元件的尺寸 不同。 圖1至圖6是示出根據(jù)第一實(shí)施例的圖像傳感器的制造工藝的橫截面圖。
圖像傳感器的像素包括光電二極管PD和多個(gè)晶體管，其中所述光電二極管PD用 于檢測(cè)光線，所述多個(gè)晶體管用于控制存儲(chǔ)于光電二極管PD中的電荷的傳輸和/或輸出。 根據(jù)本實(shí)施例，像素可以包括例如4個(gè)晶體管。 S卩，像素包括用于檢測(cè)光線的光電二極管、轉(zhuǎn)移晶體管Tx、復(fù)位晶體管Rx、選擇晶 體管Sx以及存取晶體管(access transistor)Ax。 光電二極管PD串聯(lián)連接到轉(zhuǎn)移晶體管Tx和復(fù)位晶體管Rx。轉(zhuǎn)移晶體管Tx的源 極連接到光電二極管PD，而轉(zhuǎn)移晶體管Tx的漏極連接到復(fù)位晶體管Rx的源極。電源電壓 Vdd被施加到復(fù)位晶體管Rx的漏極。 轉(zhuǎn)移晶體管Tx的漏極用作浮置擴(kuò)散層FD。該浮置擴(kuò)散層FD連接到存取晶體管 Ax的柵極。該存取晶體管Ax與選擇晶體管Sx串聯(lián)連接。換句話說(shuō)，存取晶體管Ax的源極 連接到選擇晶體管Sx的源極。電源電壓Vdd被施加到存取晶體管Ax的漏極和復(fù)位晶體管 Rx的漏極。選擇晶體管Sx的漏極對(duì)應(yīng)于輸出終端0ut，而選擇信號(hào)Row被施加到選擇晶體 管Sx的柵極。 在下文中，將簡(jiǎn)要地描述具有上述結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的像素的操作。在開(kāi)啟復(fù)位 晶體管Rx使得浮置擴(kuò)散層FD與電源電壓Vdd具有相同的電勢(shì)之后，關(guān)閉該復(fù)位晶體管Rx。 這種操作稱為復(fù)位操作。 如果外部光線入射到光電二極管PD上，則會(huì)在光電二極管PD中產(chǎn)生電子_空穴 對(duì)(EHP)，從而使得信號(hào)電荷存儲(chǔ)于光電二極管PD中。此后，隨著開(kāi)啟轉(zhuǎn)移晶體管Tx，存儲(chǔ) 于光電二極管PD中的信號(hào)電荷被輸出到浮置擴(kuò)散層FD并且存儲(chǔ)于該浮置擴(kuò)散層FD中。因 此，浮置擴(kuò)散層FD的電勢(shì)與從光電二極管PD輸出的信號(hào)電荷的數(shù)量成比例地改變，從而改 變存取晶體管Ax的柵極電勢(shì)。在這種情況下，如果通過(guò)選擇信號(hào)Row開(kāi)啟選擇晶體管Sx， 則數(shù)據(jù)會(huì)被輸出到輸出終端Out。在數(shù)據(jù)被輸出之后，像素執(zhí)行復(fù)位操作。像素重復(fù)上述操作，以將光線轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并輸出該電信號(hào)。 參照?qǐng)Dl，制備半導(dǎo)體襯底100。半導(dǎo)體襯底100包括第一表面100a和與該第一 表面相對(duì)的第二表面100b。第一表面100a可用作頂面，第二表面100b可用作底面。
在半導(dǎo)體襯底100的第一表面上形成有光線接收器件105，該光線接收器件105是 通過(guò)注入雜質(zhì)獲得的。 光線接收器件105可包括光電二極管。
光線接收器件105對(duì)應(yīng)于每個(gè)像素而設(shè)置。 半導(dǎo)體襯底100包括隔離層101。隔離層101從半導(dǎo)體襯底100的第一表面100a 向第二表面100b延伸?？赏ㄟ^(guò)STI工藝形成該隔離層101。
隔離層101限定半導(dǎo)體襯底100的有源區(qū)和非有源區(qū)。
光線接收器件105形成在有源區(qū)中。 光線接收器件105可包括摻雜有低濃度n-型雜質(zhì)的區(qū)域和摻雜有低濃度p_型雜 質(zhì)的區(qū)域，以形成PN結(jié)構(gòu)，但是實(shí)施例不限于此。 在半導(dǎo)體襯底100的第一表面上設(shè)置有電路層120。所述電路層120可包括多個(gè) 晶體管。 晶體管可包括轉(zhuǎn)移晶體管、復(fù)位晶體管、驅(qū)動(dòng)晶體管以及選擇晶體管。 每個(gè)晶體管都包括柵極、源極和漏極。 例如，轉(zhuǎn)移晶體管Tx包括柵電極、間隔件以及漏極。 柵電極排列(align)在半導(dǎo)體襯底100上。柵電極可包括多晶硅或硅化物。另夕卜， 還可以在柵電極和半導(dǎo)體襯底100之間插入柵極絕緣層。 間隔件排列在柵電極的一側(cè)。通過(guò)將低濃度和高濃度的雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底 100上形成漏極，并且該漏極用作浮置擴(kuò)散層。光線接收器件105位于轉(zhuǎn)移晶體管Tx的源 極處。 電路層120包括覆蓋晶體管的預(yù)金屬(pre-metallic)電介質(zhì)(PMD)層。 在電路層120上形成包括金屬互連件133和絕緣層135的金屬互連層130，使得所
述金屬互連件133可以電連接到電路層120。 以使得金屬互連件133能夠被覆蓋有絕緣層135的方式重復(fù)地沉積金屬互連件 133和絕緣層135。 然后，參照?qǐng)D2，在半導(dǎo)體襯底100的第二表面100b上形成光致抗蝕劑圖案170。
通過(guò)光致抗蝕劑圖案170暴露位于像素的邊界處的半導(dǎo)體襯底。
參照?qǐng)D3，利用光致抗蝕劑圖案170作為掩模，蝕刻半導(dǎo)體襯底IOO，從而形成多個(gè) 溝槽103。 溝槽103的深度大約是1 2 ii m。
然后，去除光致抗蝕劑圖案170。 因此，具有預(yù)定深度的溝槽103就沿著像素的邊界形成在半導(dǎo)體襯底100的第二 表面中。 參照?qǐng)D4，在具有溝槽103的半導(dǎo)體襯底100的第二表面上沉積金屬層110a。
金屬層110a可包括從如下組中選出的至少一種金屬，其中所述組由Cu、W、Ti、Ta、 Co、Al禾口 Mo組成。
5
例如，金屬層110a包括鎢(W)層。 將金屬層110a填充到形成于半導(dǎo)體襯底100中的溝槽103中。 然后，通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光工藝拋光金屬層llOa，從而暴露半導(dǎo)體襯底100的第二表面。 這樣，如圖5所示，形成了填充于溝槽103中的光線阻擋層110。 光線阻擋層110從半導(dǎo)體襯底100的第二表面向第一表面延伸。光線阻擋層110垂直地形成，并包圍(surround)每個(gè)像素，從而抑制傾斜地入射
到每個(gè)像素中的光線對(duì)相鄰的像素施加影響。 然后，如圖6所示，在半導(dǎo)體襯底100的第二表面的整個(gè)區(qū)域上方形成濾色鏡層 180，并且在濾色鏡層180上形成微透鏡190。 可在濾色鏡層180和半導(dǎo)體襯底100的第二表面之間插入保護(hù)層。
濾色鏡層180包括對(duì)應(yīng)于像素的紅色濾色鏡、綠色濾色鏡以及藍(lán)色濾色鏡。
入射到微透鏡190的光線經(jīng)過(guò)濾色鏡層180，然后入射到光線接收器件105。這 時(shí)，形成于像素的邊界處并且具有預(yù)定深度的光線阻擋層110能夠抑制傾斜地入射到微透 鏡190中的光線對(duì)相鄰的像素施加影響。 因此，根據(jù)實(shí)施例的CMOS圖像傳感器能夠在抑制相鄰的像素之間相互干擾的同 時(shí)提高感測(cè)效率。 圖7至圖10是示出根據(jù)第二實(shí)施例的圖像傳感器的制造工藝的橫截面圖。
參照?qǐng)D7，在半導(dǎo)體襯底200的第一表面200a上形成電路層220和金屬互連層 230。 電路層220和金屬互連層230與根據(jù)第一實(shí)施例的電路層和金屬互連層具有相同 的結(jié)構(gòu)，所以省略對(duì)其的詳細(xì)描述，以免贅言。 參照?qǐng)D8，可在半導(dǎo)體襯底200的第二表面200b上形成光致抗蝕劑圖案，并且利用 光致抗蝕劑圖案作為掩模，通過(guò)蝕刻半導(dǎo)體襯底200的第二表面，形成多個(gè)溝槽203。
溝槽203的深度大約是1 2 ii m。 溝槽203沿著像素的邊界從半導(dǎo)體襯底200的第二表面向第一表面延伸。 參照?qǐng)D9，在具有溝槽的半導(dǎo)體襯底200的第二表面上涂覆藍(lán)色濾色鏡樹(shù)脂，從而
形成藍(lán)色濾色鏡層281a。 將藍(lán)色濾色鏡層28la填充到半導(dǎo)體襯底200的溝槽203中。 然后，部分地曝光和顯影藍(lán)色濾色鏡層281a，從而形成藍(lán)色濾色鏡281和填充于 溝槽203中的光線阻擋層281b。 如圖10所示，在具有藍(lán)色濾色鏡281的半導(dǎo)體襯底200上形成紅色濾色鏡282和 綠色濾色鏡283，從而形成濾色鏡層280。 填充于溝槽203中的藍(lán)色濾色鏡樹(shù)脂表現(xiàn)出低光線透射率，從而能夠抑制傾斜地 入射的光線對(duì)相鄰的像素施加影響。 另外，由于光線阻擋層281b可以與藍(lán)色濾色鏡281同時(shí)形成，所以能夠簡(jiǎn)化制造工藝。 圖11是示出根據(jù)第三實(shí)施例的圖像傳感器的橫截面圖。 根據(jù)第三實(shí)施例，執(zhí)行與第二實(shí)施例相同的工藝，直到在半導(dǎo)體襯底200中形成溝槽203為止。 溝槽203的深度大約是1 2 ii m。 在具有溝槽203的半導(dǎo)體襯底200的第二表面上涂覆藍(lán)色濾色鏡樹(shù)脂，使得藍(lán)色 濾色鏡樹(shù)脂能夠被填充到溝槽203中。 這時(shí)，可以完全去除涂覆在第二表面200b上(即不在溝槽203內(nèi))的藍(lán)色濾色鏡 樹(shù)脂，或者可以保留其最小厚度。 之后，利用掩模執(zhí)行曝光工藝，其中所述掩模具有與光線阻擋層相對(duì)應(yīng)的開(kāi)口 ，并
且對(duì)未經(jīng)歷曝光工藝的、保留在像素區(qū)的藍(lán)色濾色鏡樹(shù)脂進(jìn)行顯影。 這樣，藍(lán)色濾色鏡樹(shù)脂可僅保留在溝槽203中，從而可以形成光線阻擋層381b。 然后，在半導(dǎo)體襯底200的第二表面的整個(gè)區(qū)域上方形成濾色鏡層380，并且在濾
色鏡層380上形成微透鏡390。 可在濾色鏡層380和半導(dǎo)體襯底200的第二表面之間插入保護(hù)層。 濾色鏡層380包括對(duì)應(yīng)于像素的紅色濾色鏡、綠色濾色鏡以及藍(lán)色濾色鏡。藍(lán)色
濾色鏡可與光線阻擋層381b分開(kāi)形成。 入射到微透鏡390的光線經(jīng)過(guò)濾色鏡層380，然后入射到光電二極管。這時(shí)，形成 于像素的邊界處、具有預(yù)定深度的光線阻擋層能夠抑制傾斜地入射到微透鏡390中的光線 對(duì)相鄰的像素施加影響。 因此，根據(jù)實(shí)施例的CMOS圖像傳感器能夠在抑制相鄰的像素之間相互干擾的同 時(shí)提高感測(cè)效率。 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的是，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改進(jìn)和變化。因此， 本發(fā)明旨在涵蓋對(duì)于該發(fā)明的各種改進(jìn)和變化，只要它們落入所附權(quán)利要求及其等效范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
一種圖像傳感器，包括電路層，位于半導(dǎo)體襯底的第一表面上；金屬互連層，位于所述電路層上；多個(gè)溝槽，沿著像素的邊界形成在所述半導(dǎo)體襯底的第二表面中；以及光線阻擋層，位于所述溝槽中。
2. 如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，還包括濾色鏡層，位于具有所述光線阻擋層的所 述第二表面上。
3. 如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中所述光線阻擋層是通過(guò)將所述濾色鏡層的第 一濾色鏡的一部分填充到所述溝槽中而獲得的。
4. 如權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，其中所述第一濾色鏡包括藍(lán)色濾色鏡樹(shù)脂。
5. 如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述光線阻擋層包括藍(lán)色濾色鏡樹(shù)脂。
6. —種圖像傳感器的制造方法，所述方法包括如下步驟 在半導(dǎo)體襯底的第一表面上形成電路層； 在所述電路層上形成金屬互連層；沿著像素的邊界，在所述半導(dǎo)體襯底的第二表面中形成多個(gè)溝槽；以及 在所述溝槽中形成光線阻擋層。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，還包括在所述半導(dǎo)體襯底的第二表面上形成濾色鏡層。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中形成所述光線阻擋層包括如下步驟 在所述半導(dǎo)體襯底的第二表面上形成第一濾色鏡層；以及部分地曝光和顯影所述第一濾色鏡層，使得所述第一濾色鏡層保留在所述溝槽中。
9. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中形成所述光線阻擋層和形成所述濾色鏡層包括如下 步驟在所述半導(dǎo)體襯底的第二表面上形成第一濾色鏡層；以及部分地曝光和顯影所述第一濾色鏡層，使得所述第一濾色鏡層保留在所述溝槽中并且 形成所述濾色鏡層的第 一濾色鏡。
10. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中形成所述光線阻擋層包括如下步驟 在具有所述溝槽的所述半導(dǎo)體襯底的第二表面上形成金屬層；以及 拋光所述金屬層，使得所述金屬層保留在所述溝槽中。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種圖像傳感器及其制造方法。該圖像傳感器包括電路層，位于半導(dǎo)體襯底的第一表面上；金屬互連層，位于電路層上；多個(gè)溝槽，沿著像素的邊界形成在半導(dǎo)體襯底的第二表面中；以及光線阻擋層，位于溝槽中。根據(jù)實(shí)施例的背照式圖像傳感器在半導(dǎo)體襯底的后表面具有光線阻擋結(jié)構(gòu)，從而能夠在抑制相鄰像素之間相互干擾的同時(shí)提高感測(cè)效率。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101764142SQ20091026634
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者張勛 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司