影像感測器及其制作工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種影像感測器及其制作工藝，該影像感測器包含一透鏡、一基底、一第一介電層、一第二介電層以及一彩色濾光片。透鏡用以接收光?；装还飧袦y元件于一光感測區(qū)，用以接收入射至透鏡的光。第一介電層以及第二介電層由下而上堆疊于基底上，其中第二介電層具有一凹槽，此凹槽位于第一介電層上，且位于透鏡以及光感測元件之間的一光路徑上。彩色濾光片設(shè)置于凹槽中。此外，本發(fā)明又提供一種影像感測制作工藝用以形成前述的影像感測器。
【專利說明】影像感測器及其制作工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種影像感測器及其制作工藝，且特別是涉及一種形成一彩色濾光片 于一金屬介電層中的影像感測器及其制作工藝。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于CMOS影像感測器即基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS)技術(shù)而制造，因此采 用CMOS電路制作工藝制作的CMOS影像感測器可將影像感測器以及其所需要的周邊電路加 以整合，因而被廣泛使用。
[0003] 典型的影像感測器可依其功能劃分為一光感測區(qū)與一周邊電路區(qū)，其中光感測 區(qū)通常設(shè)有多個(gè)成陣列排列的感光二極管（photodiode)，并分別搭配重置晶體管（reset transistor)、電流汲取兀件（current source follower)及列選擇開關(guān)（row selector) 等的M0S晶體管，用來接收外部的光線并感測光照的強(qiáng)度，而周邊電路區(qū)則用來串接內(nèi)部 的金屬內(nèi)連線及外部的連接線路。影像感測器的感光原理是將入射光線區(qū)分為各種不同波 長光線的組合，再分別由半導(dǎo)體基底上的多個(gè)感光元件予以接收，并轉(zhuǎn)換為不同強(qiáng)弱的數(shù) 字信號。例如，將入射光區(qū)分為紅、藍(lán)、綠三色光線的組合，再由相對應(yīng)的感光二極管予以接 收，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0004] 其中一種CMOS影像感測器是采用前照式（Front Side Illumination, FSI)技 術(shù)來制造像素陣列上的像素，其入射光經(jīng)過像素的前端（front side)到達(dá)光感測區(qū)域 (photo-sensing area)。也就是說，CMOS影像感測器的結(jié)構(gòu)，使得入射光先通過介電層、金 屬層之后到達(dá)光感測區(qū)域，因此透鏡、彩色濾光片以及光感測區(qū)域等布局對于改善所形成 的影像感測器的品質(zhì)，例如增加量子效率（quantum efficiency)、減少像素間的交叉干擾 (cross talk)以及降低暗電流（dark current)等等，具有重大的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提出一種影像感測器及其制作工藝，其形成一彩色濾光片于一 金屬介電層（inter metal dielectric, IMD)中，并且通過控制用以放置此彩色濾光片的凹 槽的深度及位置來調(diào)整彩色濾光片的位置。
[0006] 為了達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種影像感測器，其包含一透鏡、一基底、一第一介 電層、一第二介電層以及一彩色濾光片。透鏡用以接收光?；装还飧袦y兀件于一光 感測區(qū)中，用以接收入射至透鏡的光。第一介電層以及第二介電層由下而上堆疊于基底上， 其中第二介電層具有一凹槽，而凹槽位于第一介電層上，且位于透鏡以及光感測元件之間 的一光路徑上。彩色濾光片設(shè)置于凹槽中。
[0007] 本發(fā)明提供一種影像感測制作工藝，包含下述步驟。首先，提供一基底，包含一光 感測元件于一光感測區(qū)中。接著，依序形成一第一介電層以及一第二介電層堆疊于基底上。 之后，形成一凹槽于第二介電層中。其后，形成一彩色濾光片于第一介電層上的凹槽中。而 后，形成一透鏡于彩色濾光片上方，以使光感測元件接收入射至透鏡并且通過彩色濾光片 的光。
[0008] 基于上述，本發(fā)明提出一種影像感測器及其制作工藝，其形成一凹槽于一第二介 電層中，以使彩色濾光片設(shè)置于凹槽中及第一介電層上，以優(yōu)化通過彩色濾光片至一光感 測元件的一光路徑。再者，通過控制凹槽的深度、尺寸及位置可調(diào)整光路徑以及彩色濾光片 的厚度，進(jìn)而提升所形成的影像感測器的感光度以及分色光的能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1-圖9是繪示本發(fā)明一實(shí)施例的影像感測制作工藝的剖面示意圖；
[0010] 圖10是繪示本發(fā)明另一實(shí)施例的影像感測制作工藝的剖面示意圖。
[0011] 主要元件符號說明
[0012] 10:隔離結(jié)構(gòu)
[0013] 20 :光感測元件
[0014] 30 :M0S 晶體管
[0015] 32:柵極
[0016] 34:源 / 漏極
[0017] 40 :選擇性接觸洞蝕刻停止層
[0018] 50:介電層
[0019] 100:影像感測器
[0020] 110:基底
[0021] 120:第一介電層
[0022] 122、142、144 :金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)
[0023] 124、132:部分
[0024] 130、150 :蝕刻停止層
[0025] 140:第二介電層
[0026] 146 :蓋層結(jié)構(gòu)
[0027] 148、149 :圖案化的介電層
[0028] 160 :彩色濾光片
[0029] 170、170a:材料層
[0030] 172a :延伸部
[0031] 180 :透鏡
[0032] A :光感測區(qū)
[0033] B :周邊區(qū)
[0034] C1 :接觸插塞
[0035] P1、P2:蝕刻制作工藝
[0036] R:凹槽
[0037] S1 :正面
[0038] S2 :平坦的頂面
[0039] S3 :平坦的底面

【具體實(shí)施方式】
[0040] 圖1-圖9是繪示本發(fā)明一實(shí)施例的影像感測制作工藝的剖面示意圖。如圖1所 示，進(jìn)行一影像感測制作工藝的前端制作工藝，其可包含下述步驟。首先，提供一基底110， 具有一正面S1，其中在本實(shí)施例的正面S1為一主動(dòng)面?；?10可以后續(xù)形成于其上的 結(jié)構(gòu)的用途區(qū)分為一光感測區(qū)A，以及一周邊區(qū)B，位于光感測區(qū)A旁。基底110例如是 一硅基底、一含硅基底、一三五族覆硅基底（例如GaN-on-silicon)、一石墨烯覆硅基底 (graphene-on-silicon)或一娃覆絕緣（silicon-on-insulator，SOI)基底等半導(dǎo)體基底。 接著，形成一隔離結(jié)構(gòu)10于基底110的正面S1，以電性絕緣光感測區(qū)A以及周邊區(qū)B，其 中隔離結(jié)構(gòu)10可為淺溝隔離結(jié)構(gòu)，且其可以一淺溝隔離制作工藝形成，但本發(fā)明不以此為 限。而后，形成一光感測元件20,例如多個(gè)成陣列排列的感光二極管，于隔離結(jié)構(gòu)10-側(cè)的 光感測區(qū)A中，用以接收入射光，以及形成至少一 M0S晶體管30于隔離結(jié)構(gòu)10的另一側(cè)， 其可為配重置晶體管（reset transistor)、電流汲取兀件（current source follower)及 列選擇開關(guān)（row selector)等的M0S晶體管，用以將感測光線轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，或者是位 于周邊電路區(qū)內(nèi)的邏輯M0S晶體管等，本實(shí)施例不一一舉例。M0S晶體管30可包含一柵極 32位于基底110上，以及一源/漏極34位于柵極32側(cè)邊的基底110中。形成一選擇性接 觸洞蝕刻停止層（contact etch stop layer, CESL) 40順應(yīng)覆蓋基底110以及M0S晶體管 30。選擇性接觸洞蝕刻停止層40可例如為一已摻雜的氮化層，但本發(fā)明不以此為限。在本 實(shí)施例中，僅繪示單一隔離結(jié)構(gòu)10、單一光感測元件20以及單一 M0S晶體管30等于圖示 中，但此些元件的數(shù)量非限于此。
[0041] 全面形成一介電層50于基底110的正面S1 (或選擇性接觸洞蝕刻停止層40上）。 介電層50可例如為一層間介電層，而其可為一氧化層，但本發(fā)明不以此為限。接續(xù)，例如以 蝕刻等方式形成接觸洞(未繪示）于介電層50中，并再填入例如銅或鎢等導(dǎo)電材料于接觸 洞中，以形成接觸插塞C1分別連接M0S晶體管30的柵極32以及源/漏極34。再者，其他 半導(dǎo)體元件也可設(shè)置于基底110上以及介電層50中。例如，其他內(nèi)連線結(jié)構(gòu)或者其他元件 (未繪示）可設(shè)置于介電層50中，在此不再贅述。
[0042] 如圖2所示，形成一第一介電層120于介電層50以及接觸插塞C1上。詳細(xì)而言， 形成一第一介電層(未繪示)全面覆蓋介電層50以及接觸插塞C1 ;然后，進(jìn)行一平坦化制作 工藝以形成第一介電層120。其后，例如以蝕刻等方法形成孔洞（未繪示）第一介電層120 中，再填入例如銅等金屬于孔洞中以形成一金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)122于對應(yīng)周邊區(qū)B的第一介 電層120中，并電連接接觸插塞C1。在本實(shí)施例中，第一介電層120僅為單一圖案化金屬介 電層且具有金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)122位于其中；但在其他實(shí)施例中，第一介電層120可包含多層 圖案化金屬介電層且具有金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)位于其中。
[0043] 如圖3所示，形成一蝕刻停止層130于第一介電層120以及金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)122 上。蝕刻停止層130可例如為一氮化層、一富硅氧化層、一碳化硅層或一摻雜碳的氮化硅 層，但本發(fā)明不以此為限。在本實(shí)施例中，此時(shí)不先蝕刻蝕刻停止層130的一部分132,其對 應(yīng)下方位于光感測區(qū)域A的光感測元件20,而是在后續(xù)以蝕刻停止層130形成位于其上的 凹槽之后，才會移除蝕刻停止層130的部分132。然而，在其他實(shí)施例中，當(dāng)欲形成凹槽于蝕 刻停止層130上但不直接接觸蝕刻停止層130時(shí)，即可在此時(shí)先移除蝕刻停止層130的部 分132,如此則會暴露出位于下方的第一介電層120的一部分124,其位于光感測元件20及 后續(xù)形成的透鏡之間的一光路徑上，但本發(fā)明不以此為限。
[0044] 如圖4所示，形成一第二介電層140于蝕刻停止層130上，且第二介電層140具有 金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)142與144以及一蓋層結(jié)構(gòu)146于其中。詳細(xì)而言，可先形成一圖案化的 介電層148全面覆蓋蝕刻停止層130 ;然后，例如以蝕刻等方法形成孔洞(未繪示)于圖案化 的介電層148中，再填入銅等金屬于孔洞中以形成金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)142于對應(yīng)周邊區(qū)B的 圖案化的介電層148中。在本實(shí)施例中，蝕刻停止層130是用以作為停止形成孔洞的蝕刻 制作工藝，而蝕刻停止層130會再被同一制作工藝或者其他制作工藝吃穿，以使金屬內(nèi)連 線結(jié)構(gòu)142電連接金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)122,但本發(fā)明不以此為限。同樣地，可例如以類似的方 法形成一圖案化的介電層149,其具有金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)144以及蓋層結(jié)構(gòu)146于其中。在本 實(shí)施例中，第二介電層140包含多層的圖案化金屬介電層，且具有金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)于其中； 但在其他實(shí)施例中，第二介電層140可僅為單一層的圖案化金屬介電層，且具有一金屬內(nèi) 連線結(jié)構(gòu)于其中，但本發(fā)明不以此為限。再者，可另形成一蝕刻停止層150于圖案化的介電 層148與149之間，并可在形成金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)144時(shí)圖案化蝕刻停止層150,以使金屬內(nèi) 連線結(jié)構(gòu)142與144相互電連接。蝕刻停止層150可例如為一氮化層、一富硅氧化層、一碳 化硅層或一摻雜碳的氮化硅層；蓋層結(jié)構(gòu)146可例如為鋁，但本發(fā)明不以此為限。
[0045] 如圖5所示，形成一凹槽R于第二介電層140中，并暴露出蝕刻停止層130的部分 132。在本實(shí)施例中，可進(jìn)行一蝕刻制作工藝P1以形成凹槽R，且以蝕刻停止層130作為掩 模以停止蝕刻，但本發(fā)明不以此為限。蝕刻制作工藝P1可包含多次的蝕刻步驟用以分別蝕 刻此些材料層，其例如包含第二介電層140以及蝕刻停止層150等。因此，蝕刻制作工藝P1 可包含干蝕刻制作工藝或/且濕蝕刻制作工藝等。
[0046] 進(jìn)行一蝕刻制作工藝P2以蝕刻蝕刻停止層130的部分132,因而暴露出第一介電 層120的部分124,如圖6所示。在此強(qiáng)調(diào)，由于蝕刻停止層130的部分132是位于光感測元 件20以及后續(xù)形成的透鏡之間的一光路徑上，故當(dāng)蝕刻停止層130由非透明材料組成時(shí)， 部分132必須移除以使光穿透。在其他實(shí)施例中，當(dāng)蝕刻停止層130由透明材料組成時(shí)，則 不須移除部分132。
[0047] 形成一彩色濾光片160于位于第一介電層120上的凹槽R中，如圖7所示。彩 色濾光片160可包含紅、藍(lán)及綠等彩色濾光單元，用以區(qū)分出紅光、藍(lán)光及綠光，但本發(fā)明 不以此為限。較佳者，彩色濾光片160的厚度可介于1微米（micrometer, μ m)?2微米 (micrometer, μ m)，以具有較佳的感光度及各波段的色分能力。因?yàn)楫?dāng)彩色濾光片160的 厚度較厚時(shí)，彩色濾光片160的感光度會劣化；但當(dāng)彩色濾光片160的厚度較薄時(shí)，則不易 將白光區(qū)分出紅光、藍(lán)光、綠光或其他波段的光。因此，可通過調(diào)整形成于第二介電層140 中以及第一介電層120上的凹槽R的深度、尺寸及位置來控制彩色濾光片160的厚度以及 通過彩色濾光片160至光感測元件20的光路徑。
[0048] 如圖8所示，可形成一材料層170于彩色濾光片160上。材料層170可例如為一 鈍化層，用以提供一平坦的頂面S2,以使透鏡可形成于其上。材料層170可例如為一透明材 料或者一光致抗蝕劑，但本發(fā)明不以此為限。再者，可通過選擇材料層170的反射率以及折 射率，而優(yōu)化通過材料層170至彩色濾光片160以及光感測元件20的光路徑，進(jìn)而增進(jìn)光 感測元件20的光接收量。
[0049] 在本實(shí)施例中，材料層170具有一平坦的底面S3。然而，材料層170可更具有一延 伸部172a，而形成一材料層170a，填充凹槽R并接觸彩色濾光片160,如圖10所示。如此一 來，不僅可通過調(diào)整凹槽R的深度、尺寸以及位置，來控制彩色濾光片160的位置，并且還可 將彩色濾光片160固定為具有例如1微米?2微米的最佳厚度，然后搭配填入凹槽R中并 覆蓋彩色濾光片160的延伸部172a。
[0050] 如圖9所示，形成一透鏡180于彩色濾光片160上，以集中光線，使光感測元件20 可接收入射至透鏡180并通過彩色濾光片160的光。透鏡180較佳為覆蓋整個(gè)彩色濾光片 160,以充分集中入射光。如此一來，則可形成一影像感測器100。
[0051] 綜上所述，本發(fā)明提出一種影像感測器及其制作工藝，其形成一凹槽于一第二介 電層中，以使彩色濾光片設(shè)置于凹槽中以及第一介電層上，以優(yōu)化通過彩色濾光片至一光 感測元件的一光路徑。再者，通過控制凹槽的深度、尺寸及位置可調(diào)整光路徑以及彩色濾光 片的厚度，進(jìn)而提升所形成的影像感測器的感光度以及分色光的能力。
[0052] 再者，可形成一材料層于透鏡以及彩色濾光片之間，且材料層可另包含一延伸部， 填入凹槽中并覆蓋彩色濾光片，如此即可通過凹槽以及材料層調(diào)整光路徑以及彩色濾光片 的厚度與位置。
[0053] 另外，第一及第二介電層可為單一層或多層的堆疊的金屬介電層，并且具有蝕刻 停止層位于各層之間。如此一來，則可例如以蝕刻等方法，并搭配蝕刻停止層控制蝕刻停止 的位置，而形成凹槽于第二介電層中。再者，可再選擇性進(jìn)行一蝕刻制作工藝，以吃穿位于 一光路徑上的部分的蝕刻停止層。
[0054] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修 飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種影像感測器，包含： 透鏡，用以接收光； 基底，包含一光感測元件于一光感測區(qū)，用以接收入射至該透鏡的光； 第一介電層以及第二介電層，由下而上堆疊于該基底上，其中該第二介電層具有一凹 槽，該凹槽位于該第一介電層上及于該透鏡以及該光感測元件之間的一光路徑上；以及 彩色濾光片，設(shè)置于該凹槽中。
2. 如權(quán)利要求1所述的影像感測器，其中該基底具有一周邊區(qū)，位于該光感測區(qū)旁。
3. 如權(quán)利要求2所述的影像感測器，其中該第一介電層具有對應(yīng)該周邊區(qū)的一金屬內(nèi) 連線結(jié)構(gòu)。
4. 如權(quán)利要求3所述的影像感測器，還包含： 蝕刻停止層，位于該第一介電層以及該第二介電層之間，以覆蓋該金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)但 暴露出該第一介電層的一部分，而該部分位于該透鏡以及該光感測元件之間的光路徑上。
5. 如權(quán)利要求4所述的影像感測器，其中該凹槽暴露出該第一介電層的該部分，因此 該彩色濾光片直接設(shè)置于該第一介電層上。
6. 如權(quán)利要求4所述的影像感測器，其中該蝕刻停止層包含氮化層、富硅氧化層、碳化 娃層或摻雜碳的氮化娃層。
7. 如權(quán)利要求1所述的影像感測器，其中該第二介電層包含一堆疊的介電層。
8. 如權(quán)利要求1所述的影像感測器，還包含： 材料層，位于該透鏡以及該彩色濾光片之間。
9. 如權(quán)利要求8所述的影像感測器，其中該材料層具有一延伸部，填充該凹槽并接觸 該彩色濾光片。
10. 如權(quán)利要求8所述的影像感測器，其中該材料層包含一透明材料或一光致抗蝕劑。
11. 如權(quán)利要求1所述的影像感測器，其中該彩色濾光片的厚度介于1微米 (micrometer, μ m)?2 微米（micrometer, μ m)。
12. -種影像感測制作工藝，包含： 提供一基底，包含一光感測元件于一光感測區(qū)中； 依序形成一第一介電層以及一第二介電層堆疊于該基底上； 形成一凹槽于該第二介電層中； 形成一彩色濾光片于該第一介電層上的該凹槽中；以及 形成一透鏡于該彩色濾光片的上方，以使該光感測元件接收入射至該透鏡并且通過該 彩色濾光片的光。
13. 如權(quán)利要求12所述的影像感測制作工藝，其中該基底具有一周邊區(qū)，位于該光感 測區(qū)旁。
14. 如權(quán)利要求13所述的影像感測制作工藝，其中該第一介電層具有對應(yīng)該周邊區(qū)的 一金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)。
15. 如權(quán)利要求12所述的影像感測制作工藝，還包含： 形成一蝕刻停止層于該第一介電層以及該第二介電層之間，以覆蓋該金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu) 但暴露出該第一介電層的一部分，而該部分位于該透鏡以及該光感測兀件的一光路徑上。
16. 如權(quán)利要求12所述的影像感測制作工藝，還包含： 形成一蝕刻停止層于該第一介電層以及該第二介電層之間，以停止用以形成該凹槽的 一蝕刻制作工藝。
17. 如權(quán)利要求16所述的影像感測制作工藝，在形成該凹槽之后，還包含： 進(jìn)行一蝕刻制作工藝，以蝕刻該蝕刻停止層的一部分，而該部分位于該透鏡以及該光 感測元件之間的一光路徑上。
18. 如權(quán)利要求16所述的影像感測制作工藝，其中該蝕刻停止層包含氮化層、富硅氧 化層、碳化娃層或摻雜碳的氮化娃層。
19. 如權(quán)利要求12所述的影像感測制作工藝，在形成該透鏡之前，還包含： 形成一材料層于該彩色濾光片的上方。
20. 如權(quán)利要求19所述的影像感測制作工藝，其中該材料層具有一延伸部，填充該凹 槽并接觸該彩色濾光片。
【文檔編號】H01L27/146GK104218044SQ201310205544
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月29日
【發(fā)明者】彭俊宏 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司