背照式cmos影像傳感器及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種背照式CMOS影像傳感器及其制造方法。包括：半導體基底，形成于所述半導體基底中的光電二極管及隔離結構；遮光金屬層，所述遮光金屬層靠近所述半導體基底的背面；引線，所述引線與所述遮光金屬層電相連，所述引線位于所述半導體基底中靠近所述遮光金屬層的一側。本發(fā)明中，將半導體基底中的引線設置于半導體基底的背面，從而當光線照射后，設置于背面的引線不會影響光的吸收面積，那么在關鍵尺寸的不斷縮小的情況下，能夠有效的增加光的吸收，從而有效的提高了傳感器的有效使用面積；此外，原引線占據的面積可用于外部電路的其他設計，從而對于傳感器的制造能夠提供能多的便利。
【專利說明】背照式CMOS影像傳感器及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及影像傳感器【技術領域】，特別涉及一種背照式CMOS影像傳感器及其制造方法。
【背景技術】
[0002]影像傳感器是在光電技術基礎上發(fā)展起來的，所謂影像傳感器，就是能夠感受光學圖像信息并將其轉換成可用輸出信號的傳感器。影像傳感器可以提高人眼的視覺范圍，使人們看到肉眼無法看到的微觀世界和宏觀世界，看到人們暫時無法到達處發(fā)生的事情，看到超出肉眼視覺范圍的各種物理、化學變化過程，生命、生理、病變的發(fā)生發(fā)展過程，等等?？梢娪跋駛鞲衅髟谌藗兊奈幕?、體育、生產、生活和科學研究中起到非常重要的作用?？梢哉f，現(xiàn)代人類活動已經無法離開影像傳感器了。
[0003]影像傳感器可依據其采用的原理而區(qū)分為電荷耦合裝置(Charge-CoupledDevice)影像傳感器(亦即俗稱CCD影像傳感器)以及CMOS (Complementary Metal OxideSemiconductor)影像傳感器，其中CMOS影像傳感器即基于互補型金屬氧化物半導體(CMOS)技術而制造。由于CMOS影像傳感器是采用傳統(tǒng)的CMOS電路工藝制作，因此可將影像傳感器以及其所需要的外圍電路加以整合，從而使得CMOS影像傳感器具有更廣的應用前景。
[0004]如圖1所示，其為現(xiàn)有技術的背照式CMOS影像傳感器的剖面示意圖。包括:半導體基底10,所述半導體基底10中形成有光電二極管,形成于所述半導體基底10 —表面的金屬連線層11，形成于所述半導體基底10另一表面的濾光片12及微透鏡13，引線14位于半導體基底10的朝向金屬連線層11的一側(即晶圓的正面)。通過入射光順次經過微透鏡13、濾光片12到達光電二極管。
[0005]如圖2所示，其為現(xiàn)有技術的背照式CMOS影像傳感器的一個像素的俯視圖，在一個像素(pixel) 20 中，包括四個轉移晶體管(transfer transistor) Tx1、Tx2、Τχ3、Τχ4,及呈一排排布的引線(pickup) 21、重置晶體管(reset transistor) 22、源極跟隨晶體管(source follower transistor)23、行選擇晶體管(row-select transistor)24。隨著小型化需求的愈發(fā)強烈，可吸收光的面積所占比例下降，相應的，例如引線所占的面積就增大，例如在長為1.1微米的像素中，引線占據面積為1.25%，隨著面積的縮小，例如在長為0.9微米的像素中，引線占據的面積變?yōu)?.83%，這在一定程度上影響了器件的收益。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，提供一種背照式CMOS影像傳感器及其制造方法，以提高背照式CMOS影像傳感器的有效受光面積。
[0007]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種背照式CMOS影像傳感器，包括:
[0008]半導體基底，形成于所述半導體基底中的光電二極管及隔離結構；
[0009]遮光金屬層，所述遮光金屬層靠近所述半導體基底的背面；[0010]引線，所述引線與所述遮光金屬層電相連，所述引線位于所述半導體基底中靠近所述遮光金屬層的一側。
[0011]可選的，對于所述的背照式CMOS影像傳感器，所述半導體基底與遮光金屬層之間還包括一層間介質層，所述層間介質層中形成有通孔，一互連線貫穿所述通孔與所述遮光金屬層和引線相連接。
[0012]可選的，對于所述的背照式CMOS影像傳感器，所述遮光金屬層及互連線的材料為金屬鋁或金屬鎢。
[0013]可選的，對于所述的背照式CMOS影像傳感器，所述引線在半導體基底正面的投影邊長為0.2?0.5um，所述引線距離所述半導體基底正面的距離為2.1?3um。
[0014]可選的，對于所述的背照式CMOS影像傳感器，所述遮光金屬層上還依次形成有濾光片及微透鏡，所述半導體基底的正面形成有金屬連線層。
[0015]本發(fā)明還提供一種背照式CMOS影像傳感器的制造方法，包括:
[0016]提供半導體基底，所述半導體基底具有正面與背面；
[0017]在所述半導體基底的背面中形成引線；
[0018]在所述半導體基底的背面上形成遮光金屬層，所述遮光金屬層與所述引線電相連。
[0019]可選的，對于所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，所述引線在半導體基底正面的投影邊長為0.2?0.5um，所述引線距離所述半導體基底正面的距離為2.1?3um。
[0020]可選的，對于所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，在所述半導體基底的背面中形成引線包括:
[0021]刻蝕所述半導體基底的背面，以形成通孔；
[0022]在所述半導體基底的背面形成一金屬層，所述金屬層完全填充所述通孔；
[0023]去除所述金屬層位于所述半導體基底背面之上的部分，以形成引線。
[0024]可選的，對于所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，在所述半導體基底的背面中形成引線之后，在所述半導體基底的背面上形成遮光金屬層之前，還包括:
[0025]在所述半導體基底的背面上形成一層間介質層，刻蝕所述層間介質層形成通孔，所述通孔對應于所述引線；
[0026]在所述通孔中填充金屬以形成互連線，用于連通所述弓I線和遮光金屬層。
[0027]可選的，對于所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，在形成所述遮光金屬層后,還包括:
[0028]在所述遮光金屬層上形成濾光片；
[0029]在所述濾光片上形成微透鏡；及
[0030]在所述半導體基底的正面形成金屬連線層。
[0031]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的背照式CMOS影像傳感器及其制造方法中，將半導體基底中的引線設置于半導體基底的背面，從而當光線照射后，設置于背面的引線不會影響光的吸收面積，那么在關鍵尺寸的不斷縮小的情況下，能夠有效的增加光的吸收，從而有效的提高了傳感器的有效使用面積；
[0032]此外，原引線占據的面積可用于外部電路的其他設計，從而對于傳感器的制造能夠提供能多的便利。【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1為現(xiàn)有技術中背照式CMOS影像傳感器的剖面示意圖；
[0034]圖2為現(xiàn)有技術的背照式CMOS影像傳感器的一個像素的俯視圖；
[0035]圖3為本發(fā)明一實施例中的背照式CMOS影像傳感器的制造方法的流程圖；
[0036]圖4為本發(fā)明一實施例中的背照式CMOS影像傳感器的剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0037]下面將結合示意圖對本發(fā)明的背照式CMOS影像傳感器及其制造方法進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。
[0038]為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結構，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應當認為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，例如按照有關系統(tǒng)或有關商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應當認為這種開發(fā)工作可能是復雜和耗費時間的，但是對于本領域技術人員來說僅僅是常規(guī)工作。
[0039]在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據下面說明和權利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0040]本發(fā)明的核心思想在于，提供一種背照式CMOS影像傳感器及其制造方法。發(fā)明人在長期的工作中認為，隨著器件尺寸的不斷縮小，傳感器的有效面積也變小，而提高器件的性能是業(yè)內所追求的，通過研究發(fā)現(xiàn)，在一個像素中，會存在妨礙光照面積的結構，例如引線在隨著器件尺寸不斷縮小時，所占據的面積比越來越大，基于此，發(fā)明人將引線的位置進行了調整，由傳統(tǒng)中的設置在半導體基底的正面改為設置在半導體基底的背面，從而有效的提高了傳感器的有效使用面積。
[0041]以下列舉所述背照式CMOS影像傳感器及其制造方法的較優(yōu)實施例，以清楚說明本發(fā)明的內容，應當明確的是，本發(fā)明的內容并不限制于以下實施例，其他通過本領域普通技術人員的常規(guī)技術手段的改進亦在本發(fā)明的思想范圍之內。
[0042]基于上述思想，請參考圖3及圖4，本發(fā)明提供一種背照式CMOS影像傳感器及其制造方法，其中，圖3為本發(fā)明一實施例中的背照式CMOS影像傳感器的制造方法的流程圖；圖4為本發(fā)明一實施例中的背照式CMOS影像傳感器的剖面示意圖。
[0043]如圖3所示，結合圖4，所述背照式CMOS影像傳感器的制造方法包括:
[0044]步驟Sll:提供半導體基底10，所述半導體基底10具有正面與背面。所述半導體基底10可以是未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質的單晶硅、絕緣體上硅(SOI)等。作為示例，在本實施例中，半導體基底10選用單晶硅材料構成，所述半導體基底10中形成有光電二極管，以及相應的隔離結構。
[0045]步驟S12:在所述半導體基底10的背面中形成引線14。該步驟包括:
[0046]首先，刻蝕所述半導體基底10的背面，形成通孔，例如可以采用圖案化的光刻膠為掩膜。接著，在所述半導體基底10的背面形成一金屬層，該金屬層的主要目的是為了填充在通孔中，因此，可以采用現(xiàn)有技術中較為成熟的填充工藝，以獲得較佳的填充效果。然后，待金屬完全填充在通孔中后，進行一次平坦化工藝，例如采用CMP工藝，去除半導體基底背面上方的金屬層，保留位于通孔中的金屬層，從而形成了引線14。在本實施例中，將引線設置于半導體基底10的背面，是為了避免引線對光的遮擋，因此，以所述引線在半導體基底10正面的投影為矩形為例，其邊長范圍是0.2?0.5um,同時，所述引線14距離半導體基底10正面的距離是2.1?3um，那么，由于引線距離半導體基底10的正面有一定的距離，當光從半導體基底10的背面照射后，就能夠照射到現(xiàn)有技術中引線所在的區(qū)域，從而增大了受光面積。
[0047]接下來，可以在半導體基底10的背面上形成一層間介質層15，其材料例如可以是二氧化硅，并在該層中形成通孔，使得所述通孔對應于引線14，接著采取一道填充工藝，例如在通孔中填充鋁或者鎢，形成互連線16，連通與引線14。
[0048]步驟S13:在所述半導體基底10的背面上形成遮光金屬層17，所述遮光金屬層17與所述引線14電相連。在本實施例中，所述遮光金屬層17的材料可以是鋁或者鎢，通過互連線16以實現(xiàn)遮光金屬層17與引線14的電性相通。
[0049]之后，可以繼續(xù)在所述遮光金屬層17上形成濾光片12 ;例如，通常需要形成紅綠藍三色濾光片12，故圖4中示出了以3個像素為單元的結構，然后繼續(xù)在濾波片12上形成微透鏡13 ;以及，還包括在所述半導體基底10的正面形成金屬連線層11。
[0050]至此，便可獲得本發(fā)明的背照式CMOS影像傳感器，包括:半導體基底10，形成于所述半導體基底10中的光電二極管及隔離結構；遮光金屬層17，所述遮光金屬層17靠近所述半導體基底10的背面；引線14，所述引線14與所述遮光金屬層17電相連，所述引線14位于所述半導體基底10中靠近所述遮光金屬層17的一側。
[0051]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的背照式CMOS影像傳感器及其制造方法中，將半導體基底中的引線設置于半導體基底的背面，從而當光線照射后，設置于背面的引線不會影響光的吸收面積，那么在關鍵尺寸的不斷縮小的情況下，能夠有效的增加光的吸收，從而有效的提高了傳感器的有效使用面積；此外，原引線占據的面積可用于外部電路的其他設計，從而對于傳感器的制造能夠提供能多的便利。
[0052]顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。
【權利要求】
1.一種背照式CMOS影像傳感器，其特征在于，包括: 半導體基底，形成于所述半導體基底中的光電二極管及隔離結構； 遮光金屬層，所述遮光金屬層靠近所述半導體基底的背面； 引線，所述引線與所述遮光金屬層電相連，所述引線位于所述半導體基底中靠近所述遮光金屬層的一側。
2.如權利要求1所述的背照式CMOS影像傳感器，其特征在于，所述半導體基底與遮光金屬層之間還包括一層間介質層，所述層間介質層中形成有通孔，一互連線貫穿所述通孔與所述遮光金屬層和引線相連接。
3.如權利要求2所述的背照式CMOS影像傳感器，其特征在于，所述遮光金屬層及互連線的材料為金屬鋁或金屬鎢。
4.如權利要求1所述的背照式CMOS影像傳感器，其特征在于，所述引線在半導體基底正面的投影邊長為0.2?0.5um，所述引線距離所述半導體基底正面的距離為2.1?3um。
5.如權利要求1所述的背照式CMOS影像傳感器，其特征在于，所述遮光金屬層上還依次形成有濾光片及微透鏡，所述半導體基底的正面形成有金屬連線層。
6.一種背照式CMOS影像傳感器的制造方法，其特征在于，包括: 提供半導體基底，所述半導體基底具有正面與背面； 在所述半導體基底的背面中形成引線； 在所述半導體基底的背面上形成遮光金屬層，所述遮光金屬層與所述引線電相連。
7.如權利要求6所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，其特征在于，所述引線在半導體基底正面的投影邊長為0.2?0.5um，所述引線距離所述半導體基底正面的距離為2.1 ?3um。
8.如權利要求7所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，其特征在于，在所述半導體基底的背面中形成引線包括: 刻蝕所述半導體基底的背面，以形成通孔； 在所述半導體基底的背面形成一金屬層，所述金屬層完全填充所述通孔； 去除所述金屬層位于所述半導體基底背面之上的部分，以形成引線。
9.如權利要求8所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，其特征在于，在所述半導體基底的背面中形成引線之后，在所述半導體基底的背面上形成遮光金屬層之前，還包括: 在所述半導體基底的背面上形成一層間介質層，刻蝕所述層間介質層形成通孔，所述通孔對應于所述引線； 在所述通孔中填充金屬以形成互連線，用于連通所述弓I線和遮光金屬層。
10.如權利要求9所述的背照式CMOS影像傳感器的制造方法，其特征在于，在形成所述遮光金屬層后，還包括: 在所述遮光金屬層上形成濾光片； 在所述濾光片上形成微透鏡；及 在所述半導體基底的正面形成金屬連線層。
【文檔編號】H01L27/146GK103594479SQ201310613804
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權日:2013年11月27日
【發(fā)明者】費孝愛, 高喜峰 申請人:豪威科技(上海)有限公司