專利名稱：固態(tài)成像器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)成像器件，尤其涉及一種基于CMOS技術(shù)的固態(tài)成像器件。
背景技術(shù)：
基于CMOS的固態(tài)成像器件通常指有源像素傳感器或者CMOS圖像傳感器，其在像素陣列的每個(gè)像素中具有光電轉(zhuǎn)換器和復(fù)位及放大該光電轉(zhuǎn)換器的晶體管，并在外圍電路中具有驅(qū)動(dòng)單個(gè)像素及輸出電路的驅(qū)動(dòng)電路和放大從單個(gè)像素輸出的電信號(hào)并執(zhí)行圖像處理的圖像處理電路。預(yù)期這種CMOS圖像傳感器提供的固態(tài)成像器件在制造中使用的CMOS工藝成本較低并由于像素結(jié)構(gòu)的改進(jìn)能夠獲得較高的圖像質(zhì)量。
由于CMOS圖像傳感器用于安裝在如便攜式電話和信息終端等移動(dòng)裝置上的攝像模塊中，因此在此產(chǎn)業(yè)中對(duì)于更大規(guī)模的集成和更小的芯片尺寸具有強(qiáng)烈的需求。為了滿足這種需求，需要在芯片中采用多層金屬化結(jié)構(gòu)。然而，使用多層金屬化結(jié)構(gòu)意味著在像素上方形成由多層金屬化層(level)和位于所述金屬化層之間的介電層的多層金屬化結(jié)構(gòu)，這使得難以將入射光引導(dǎo)至像素中的光電轉(zhuǎn)換器。由于多層金屬化層使入射光散射以及多層介電膜使入射光衰減，從而引起靈敏度下降和圖像模糊。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器的橫截面示意圖。由半導(dǎo)體襯底構(gòu)成的芯片1在其中心處具有由多個(gè)像素構(gòu)成的像素陣列10，而外圍電路12形成在像素陣列10的周圍。上多層金屬化層22和下多層金屬化層20形成在像素陣列10和外圍電路12上方的襯底上。
目前通用的CMOS圖像傳感器采用例如三層的多層金屬化結(jié)構(gòu)。除了外圍電路之外，這種多層金屬化結(jié)構(gòu)也用于像素內(nèi)晶體管的連接。然而，如上文中指出的，由于需要避免入射光的散射，因此日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No.2004-221527和日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No.2003-249632描述了采用如下結(jié)構(gòu)其中，在像素中金屬化層不形成于光電轉(zhuǎn)換器上方，并且能夠?qū)⑷肷涔庖龑?dǎo)至光電轉(zhuǎn)換器。根據(jù)該現(xiàn)有技術(shù)，溝槽狀的孔形成在每個(gè)像素上方的多層金屬化結(jié)構(gòu)中，并且介電材料被埋入孔中以提供光導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
此外，CMOS圖像傳感器在每個(gè)像素上方具有用以聚集入射光的微透鏡和濾色鏡。這種結(jié)構(gòu)需要復(fù)雜的制造工藝。為了解決這個(gè)問(wèn)題，例如日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No.2002-134726給出如下工藝的啟示其中，去除像素上方的部分介電膜以形成一個(gè)溝槽，而凸形的濾色鏡圖案形成于溝槽中，兼用作微透鏡和濾色鏡。

發(fā)明內(nèi)容
由此，以上專利文獻(xiàn)中公開的現(xiàn)有技術(shù)提供用以引導(dǎo)光至單個(gè)像素的結(jié)構(gòu)或者涉及形成溝槽結(jié)構(gòu)。然而，這些結(jié)構(gòu)非常難于制造。
此外，如果用于攝像模塊的圖像傳感器芯片設(shè)計(jì)為大規(guī)模集成電路，則可以避免使入射光通過(guò)比較厚的外圍電路的多層金屬化結(jié)構(gòu)(例如五層結(jié)構(gòu))。因此，存在對(duì)簡(jiǎn)單且能夠使入射光至像素的散射和衰減最小化的多層金屬化結(jié)構(gòu)的需求。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種固態(tài)成像器件，其具有較大規(guī)模集成和較小芯片尺寸所需的多層金屬化結(jié)構(gòu)，并具有能夠有效抑制入射光至像素的散射和衰減的結(jié)構(gòu)固態(tài)成像器件。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方案，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種固態(tài)成像器件，其包括襯底，在該襯底中形成具有多個(gè)像素的像素陣列部分和位于該像素陣列周圍的外圍電路部分。該器件的特征在于第一多層金屬化結(jié)構(gòu)形成在該外圍電路部分上方，以及比該第一多層金屬化結(jié)構(gòu)薄的第二多層金屬化結(jié)構(gòu)形成在該像素陣列部分上方。
根據(jù)本發(fā)明的所述第一個(gè)方案，在外圍電路部分上方，第一多層金屬化結(jié)構(gòu)使得能夠在小面積區(qū)域中設(shè)置高度集成的電路。同時(shí)，在具有多個(gè)像素的像素陣列部分上方，形成比第一多層金屬化結(jié)構(gòu)薄的第二多層金屬化結(jié)構(gòu)，這使得能夠抑制入射光到像素的散射和衰減。此外，通過(guò)為像素陣列部分上方的多層金屬化結(jié)構(gòu)提供均勻且較薄的結(jié)構(gòu)，能夠簡(jiǎn)化制造工藝。
在上述本發(fā)明第一個(gè)方案的優(yōu)選實(shí)施例中，在像素陣列上方由位于外圍電路部分上方的第一多層金屬化結(jié)構(gòu)和位于該像素陣列部分上方的第二多層金屬化結(jié)構(gòu)形成單溝槽結(jié)構(gòu)，該溝槽結(jié)構(gòu)在其至少一個(gè)拐角處具有突起。根據(jù)本實(shí)施例的固態(tài)成像器件還具有通過(guò)旋涂在該溝槽結(jié)構(gòu)底部形成的濾色鏡薄膜和位于每個(gè)像素上方的微透鏡。在為形成濾色鏡薄膜或微透鏡而進(jìn)行的旋涂期間所應(yīng)用的樹脂材料被推至突起處，這使得能夠在溝槽結(jié)構(gòu)的底部上形成均勻的膜。
在上述本發(fā)明第一個(gè)方案的另一優(yōu)選實(shí)施例中，在像素陣列上方由位于外圍電路部分上方的第一多層金屬化結(jié)構(gòu)和位于該像素陣列部分上方的第二多層金屬化結(jié)構(gòu)形成單溝槽結(jié)構(gòu)，該溝槽結(jié)構(gòu)延伸覆蓋包括該像素陣列部分的至少一部分的區(qū)域。該溝槽結(jié)構(gòu)區(qū)域與該像素陣列部分除外圍暗像素之外的光接收像素中心區(qū)尺寸等同?？商鎿Q地，該溝槽結(jié)構(gòu)區(qū)域可以是比該像素陣列部分的光接收像素中心區(qū)更寬的區(qū)域，并且該區(qū)域的寬度為使通過(guò)聚光鏡以一個(gè)角度進(jìn)入封裝中的入射光能夠到達(dá)光接收像素區(qū)的程度。
在上述本發(fā)明第一個(gè)方案的另一優(yōu)選實(shí)施例中，在像素陣列上方由位于外圍電路部分上方的第一多層金屬化結(jié)構(gòu)和位于該像素陣列部分上方的第二多層金屬化結(jié)構(gòu)形成單溝槽結(jié)構(gòu)，光學(xué)濾色鏡薄膜形成在該溝槽結(jié)構(gòu)中，每個(gè)像素的微透鏡形成在光學(xué)濾色鏡薄膜上方，并且該光學(xué)濾色鏡薄膜的厚度實(shí)質(zhì)上等于該溝槽結(jié)構(gòu)的深度?？商鎿Q地，該光學(xué)濾色鏡薄膜的厚度小于該溝槽結(jié)構(gòu)的深度。
根據(jù)第二個(gè)方案，本發(fā)明提供一種固態(tài)成像器件，包括襯底，其中形成具有多個(gè)像素的像素陣列部分和位于該像素陣列部分周圍的外圍電路部分；第一多層金屬化結(jié)構(gòu)，其形成在該外圍電路部分上方，并具有多個(gè)連接層；以及第二多層金屬化結(jié)構(gòu)，其形成在該像素陣列部分上方，并具有比該第一多層金屬化結(jié)構(gòu)少的連接層。
根據(jù)第三個(gè)方案，本發(fā)明提供一種固態(tài)成像器件，包括襯底，其中形成具有多個(gè)像素的像素陣列部分和位于該像素陣列部分周圍的外圍電路部分；第一多層金屬化結(jié)構(gòu)，其形成在該外圍電路部分上方，并具有多個(gè)連接層；以及第二多層金屬化結(jié)構(gòu)，其形成在該像素陣列部分上方，具有比該第一多層金屬化結(jié)構(gòu)少的連接層，在對(duì)應(yīng)于該第一多層金屬化結(jié)構(gòu)的最頂層的一層上形成濾色鏡薄膜。
根據(jù)第四個(gè)方案，本發(fā)明提供一種固態(tài)成像器件的制造方法，該固態(tài)成像器件具有襯底，在該襯底中形成具有多個(gè)像素的像素陣列部分和位于該像素陣列部分周圍的外圍電路部分，該方法包括如下步驟在該襯底的表面上形成多層金屬化結(jié)構(gòu)，該多層金屬化結(jié)構(gòu)在該外圍電路部分上方具有下多層金屬化層及其層間介電層、上多層金屬化層及其層間介電層，并且在該象素陣列部分上方具有下多層金屬化層及其層間介電層、以及該上多層金屬化層的層間介電層；去除在該像素陣列部分上方形成的上多層金屬化的層間介電層；以及在該像素陣列部分上方的下多層金屬化層上形成像素的光學(xué)濾色鏡。
在本發(fā)明的固態(tài)成像器件中，在外圍電路部分上方設(shè)置較厚的多層金屬化結(jié)構(gòu)，這使得能夠獲得更高集成的電路和更小的芯片尺寸。同時(shí)，在像素陣列上方設(shè)置較薄的多層金屬化結(jié)構(gòu)，這使得能夠抑制入射光的散射和衰減。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的CMOS圖像傳感器的橫截面示意圖；圖2示出本發(fā)明的原理；圖3為CMOS圖像傳感器的電路圖，其為固態(tài)成像器件的一個(gè)實(shí)例；圖4A-圖4B為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的圖像傳感器的示圖；圖5A-圖5B為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的圖像傳感器的示圖；圖6A-圖6B為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的圖像傳感器的示圖；圖7示出在本發(fā)明的第三實(shí)施例中用以在溝槽結(jié)構(gòu)上形成液態(tài)材料層的旋涂方法；圖8A-圖8B示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)及其制造方法；圖9A-圖9B也示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)及其制造方法；圖10A-圖10B也示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)及其制造方法；圖11A-圖11B也示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)及其制造方法；圖12A-圖12B示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)及其制造方法；及圖13A-圖13B也示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)及其制造方法；具體實(shí)施方式
下面，結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。但是，應(yīng)該理解這些實(shí)施例不是用來(lái)限制本發(fā)明的技術(shù)范圍，而本發(fā)明的技術(shù)范圍僅受所附的權(quán)利要求書及其等同方案的限制。
圖2為示出本發(fā)明原理的示圖。固態(tài)成像器件在由半導(dǎo)體襯底制成的芯片1中包括具有多個(gè)像素的像素陣列部分10，以及位于該像素陣列部分10周圍的外圍電路部分12，例如模擬電路和數(shù)字電路。外圍電路部分12上形成有由下多層金屬化層22和上多層金屬化層20構(gòu)成的多層金屬化結(jié)構(gòu)。所述多層金屬化結(jié)構(gòu)包括電源分布金屬層和連接電路元件(例如晶體管)的金屬化層。在像素陣列部分10上方，僅形成下多層金屬化層22；此處沒(méi)有形成上多層金屬化層20。因此，單溝槽結(jié)構(gòu)100形成于像素陣列部分10上方，從而使像素陣列部分10上方的多層金屬化層成為薄膜區(qū)。
在這種配置中，從像素陣列部分10上方的襯底表面到多層金屬化層部分22之間的距離(參見(jiàn)圖中垂直箭頭)小于圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)實(shí)例中從像素陣列上方的襯底表面到多層金屬化層之間的距離。因此，像素陣列部分10的襯底表面上方(在此形成光電轉(zhuǎn)換器)出現(xiàn)的金屬化層數(shù)減少，金屬層和介電層的組合厚度比較小，并且能夠抑制入射光的散射和衰減。此外，由于大量的金屬化層形成在外圍電路部分12上方，因此能夠在小面積區(qū)域上獲得高度集成的電路。
圖3為CMOS圖像傳感器的電路圖，其為固態(tài)成像器件的一個(gè)實(shí)例。在像素陣列部分10中，多個(gè)像素PX1和PX2排列成矩陣。這些像素為四晶體管型。每個(gè)像素具有作為光電轉(zhuǎn)換器的光電二極管PD1或PD2，將光電二極管的電荷傳遞到結(jié)點(diǎn)FD1或FD2的轉(zhuǎn)移柵晶體管TG，使結(jié)點(diǎn)FD1或FD2復(fù)位到復(fù)位電壓VR的復(fù)位晶體管RST，輸出結(jié)點(diǎn)FD1或FD2電壓的源極跟隨晶體管SF，以及受選擇線SLCT1或者SLCT2控制并將源極跟隨晶體管SF的源極端連接到輸出信號(hào)線SGL的選擇晶體管SLCT。行驅(qū)動(dòng)電路12-1驅(qū)動(dòng)控制復(fù)位晶體管的復(fù)位線RST1或RST2、控制轉(zhuǎn)移柵晶體管TG的轉(zhuǎn)移柵線TG1或TG2、以及選擇線SLCT1或SLCT2。輸出電路12-2放大輸出到輸出信號(hào)線SGL的每個(gè)像素的電壓，并逐個(gè)線輸出每個(gè)像素的圖像信號(hào)。圖像處理電路12-3進(jìn)行圖像信號(hào)的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，并對(duì)這些數(shù)字信號(hào)執(zhí)行所需的圖像處理。
行驅(qū)動(dòng)電路12-1、輸出電路12-2及圖像處理電路12-3對(duì)應(yīng)于上述外圍電路部分12。同時(shí)，請(qǐng)注意圖3中僅由兩個(gè)像素表示的像素陣列部分10實(shí)際上排列成具有多行和多列的矩陣形式。
圖4A至圖4B為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的圖像傳感器的示圖。圖4A為放置在封裝2中的圖像傳感器芯片1的橫截面視圖，而圖4B為芯片1的俯視圖。芯片1為圖像傳感器，其被容置在封裝2中，而聚光透鏡4設(shè)置在封裝2的頂部。芯片1具有位于中心處的像素陣列部分10和外圍電路部分12。這里，為了方便起見(jiàn)，像素陣列部分10和外圍電路部分12各包括芯片中的電路元件和下多層金屬化結(jié)構(gòu)(圖2中由附圖標(biāo)記22表示)。此外，上多層金屬化結(jié)構(gòu)20設(shè)置在外圍電路部分12上方。
像素陣列部分10在外圍具有暗像素(black pixel)區(qū)13，在中心具有光接收像素區(qū)11。暗像素區(qū)13由阻擋膜之類構(gòu)成，以不接收入射光。在該暗像素區(qū)中檢測(cè)的圖像信號(hào)用作暗像素的參考電平(reference level)。光在通過(guò)下多層金屬層結(jié)構(gòu)之后，進(jìn)入光接收像素區(qū)11，并且該像素區(qū)11輸出對(duì)應(yīng)于入射光的強(qiáng)度的圖像信號(hào)。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，由于形成單個(gè)溝槽結(jié)構(gòu)100，從而在像素陣列部分10的光接收像素區(qū)11沒(méi)有設(shè)置上多層金屬化層20。由于在暗像素區(qū)13上方不需要接收光，因此在暗像素區(qū)13上方形成上多層金屬化層20。此外，由于入射光實(shí)質(zhì)上垂直，因此使得單個(gè)溝槽結(jié)構(gòu)100的尺寸實(shí)質(zhì)上與像素陣列部分10的光接收像素區(qū)11的尺寸等同。上多層金屬化層20設(shè)置在外圍電路部分12和暗像素區(qū)13上方，這使得在上多層金屬化層20中形成的電源平面的總表面積增加。
圖5A至圖5B為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的圖像傳感器的示圖。如同圖4，圖5A為放置在封裝2中的圖像傳感器芯片1的橫截面視圖，而圖5B為芯片1的俯視圖。芯片1上的像素陣列部分10和外圍電路部分12與圖4中所示相同。
在本實(shí)施例中，聚光透鏡4較大，并且外部光通過(guò)該聚光透鏡4聚集到光接收像素區(qū)11。此外，使溝槽結(jié)構(gòu)100的尺寸比光接收像素區(qū)11更寬，從而使入射光免受上多層金屬化層20的阻擋。這里，上多層金屬化層20也形成在外圍電路區(qū)12和部分暗像素區(qū)13上方，因此使得在上多層金屬化層20上形成的電源分布平面增加。
圖6A和圖6B為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的圖像傳感器的示圖。如同圖5A和圖5B，圖6A為放置在封裝2中的圖像傳感器芯片1的橫截面視圖，而圖6B為芯片1的俯視圖。圖6A類似于圖5A。
在本實(shí)施例中，突起100A形成在像素陣列10上的溝槽結(jié)構(gòu)100的四個(gè)拐角處。其他方面，本實(shí)施例與上述第二實(shí)施例相同。設(shè)置這些突起100A，以使得在通過(guò)將一層液態(tài)材料旋涂在溝槽結(jié)構(gòu)100上來(lái)制成光學(xué)濾色鏡、微透鏡或感光電阻時(shí)，在溝槽結(jié)構(gòu)100的底部形成具有均勻膜厚的液態(tài)材料層。
圖7示出在本發(fā)明的第三實(shí)施例中用以在溝槽結(jié)構(gòu)上形成液態(tài)材料層的旋涂方法。在這種旋涂方法中，半導(dǎo)體晶片被安裝在旋轉(zhuǎn)器上，并使液態(tài)材料滴落在晶片上，同時(shí)晶片圍繞旋轉(zhuǎn)軸AX旋轉(zhuǎn)，由此在晶片表面形成均勻的液態(tài)材料層。在本實(shí)施例中，薄多層金屬化層形成在每個(gè)芯片的像素陣列部分10上方，由此形成單個(gè)溝槽結(jié)構(gòu)100。當(dāng)通過(guò)旋涂在溝槽結(jié)構(gòu)100的底部形成液態(tài)材料層30時(shí)，由于離心力，大量的液態(tài)材料聚集在溝槽結(jié)構(gòu)100的四個(gè)拐角之一。因此，溝槽結(jié)構(gòu)100底部上的液態(tài)材料層30趨向于具有不均勻的膜厚。
通過(guò)在溝槽結(jié)構(gòu)100的四個(gè)拐角設(shè)置突起100A，由于離心力而聚集的液態(tài)材料層在這些突起100A處被吸收，這使得底部的液態(tài)材料層30的膜厚變得均勻。因?yàn)橐簯B(tài)材料在離心力作用下而聚集的拐角位置根據(jù)芯片在晶片上的位置而不同，所以在溝槽結(jié)構(gòu)100的四個(gè)(所有)拐角處設(shè)置突起100A是有利的。
圖8A至圖11B示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)及制造方法。其中，圖8A、圖9A、圖10A、和圖11A分別為圖像傳感器芯片的俯視圖，而圖8B、圖9B、圖10B、和圖11B分別為沿俯視圖中的A-B截取的橫截面圖。俯視圖中的C-D處的橫截面相同。
在圖8A和圖8B中，像素陣列部分10和外圍電路部分12形成在芯片1表面的主體(bulk)層1A中。在俯視圖中，由虛線示出像素陣列部分10中的像素區(qū)。為了說(shuō)明多層金屬化結(jié)構(gòu)，第二列中的像素PX顯示為比其他像素寬，但是實(shí)際上其與其他像素具有相同的尺寸。
多層金屬化層22和20形成在主體層1A上。多層金屬化層包括由導(dǎo)電材料如金屬制成的金屬連接層L1至L5，夾在金屬化層之間的由氧化硅(例如PSG或BPSG)制成的介電層，與主體層1A的接觸通路V1，以及提供金屬連接層之間連接的導(dǎo)電通路V2至V5。在外圍電路部分12上方形成的多層金屬化結(jié)構(gòu)包括由三層金屬連接層L1至L3構(gòu)成的下多層金屬化結(jié)構(gòu)22，以及由兩層金屬連接層L4和L5構(gòu)成的上多層金屬化結(jié)構(gòu)20。在像素陣列部分10上方形成的多層金屬化結(jié)構(gòu)包括由三層金屬連接層L1至L3構(gòu)成的下多層金屬化結(jié)構(gòu)22和上多層金屬化結(jié)構(gòu)20。
參考圖9A和圖9B，像素陣列部分10上方的上多層金屬化結(jié)構(gòu)20的介電層被通過(guò)公知的蝕刻工藝去除。在此蝕刻工藝中，例如，可以通過(guò)活性離子蝕刻工藝去除介電層，其中形成一層光致抗蝕劑層，并使其曝光和顯影，之后顯影的光致抗蝕劑層被用作掩模。蝕刻的終點(diǎn)控制一般通過(guò)時(shí)間控制或者通過(guò)特定的蝕刻停止層來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖9B所示，通過(guò)蝕刻部分去除第三金屬連接層L3上的介電層。此蝕刻使得像素陣列部分10上方的多層金屬化結(jié)構(gòu)比外圍電路部分12上方的五層的多層金屬化結(jié)構(gòu)薄，形成單溝槽結(jié)構(gòu)100。然后，通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)或者一些其他適合的工藝，在表面上形成例如氮化硅膜的保護(hù)膜32。
接下來(lái)，參考圖10A和圖10B，光學(xué)濾色鏡OCF形成在溝槽結(jié)構(gòu)100中，并且表面被平坦化。如俯視圖中所示，光學(xué)濾色鏡OCF由拜爾(Bayer)陣列中的綠G、藍(lán)B及紅R濾色鏡構(gòu)成。為了形成三種光學(xué)濾色鏡OCF，由旋涂步驟和圖案化步驟構(gòu)成的工藝被重復(fù)執(zhí)行三次，每種濾色鏡一次。最后，通過(guò)拋光或者熱處理使濾色鏡的表面平坦化是有利的。
接下來(lái)，參考圖11A和圖11B，微透鏡ML形成在每個(gè)像素位置的光學(xué)濾色鏡OCF上方。例如，通過(guò)將透明的有機(jī)材料應(yīng)用于表面并將其圖案化以在每個(gè)像素位置處留下有機(jī)材料層，然后進(jìn)行熱處理以賦予凸透鏡的橫截面形狀，來(lái)形成微透鏡ML。因?yàn)橐呀?jīng)以圖10A和圖10B所示的方式將光學(xué)濾色鏡OCF埋入溝槽結(jié)構(gòu)100中并將其平坦化，所以微透鏡ML的形成相對(duì)容易。
圖11A和圖11B為示出本實(shí)施例中的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的俯視圖和橫截面視圖。如圖所示，由于在像素陣列部分10上方僅形成較薄的多層金屬化結(jié)構(gòu)，因此這里能夠使入射光的衰減和散射最小化。此外，五層的多層金屬化結(jié)構(gòu)形成在外圍電路部分12上方，這可以提供節(jié)省空間的效果。
圖12A至圖13B示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)及制造方法。同樣，在本實(shí)施例中，五層的多層金屬化結(jié)構(gòu)20和22形成在外圍電路部分12上方，而三層的多層金屬化結(jié)構(gòu)22形成在像素陣列部分10上方。然后，去除像素陣列部分10上方的第四和第五層間介電層，形成溝槽結(jié)構(gòu)100，之后形成保護(hù)層32。因此，同樣在第五實(shí)施例中執(zhí)行與圖8A-至圖9B相同的工藝。
接下來(lái)，參考圖12A和12B，光學(xué)濾色鏡OCF形成在溝槽結(jié)構(gòu)100上方。這些光學(xué)濾色鏡的厚度小于溝槽結(jié)構(gòu)100的深度，從而光學(xué)濾色鏡OCF的上表面低于多層金屬化結(jié)構(gòu)20的上表面。通過(guò)與第四實(shí)施例相同的方法制造光學(xué)濾色鏡。
接下來(lái)，參考圖13A和13B，微透鏡ML形成在每個(gè)像素區(qū)的光學(xué)濾色鏡OCF上方。微透鏡ML的制造方法與第四實(shí)施例相同。圖13A的俯視圖和圖13B的橫截面視圖示出圖像傳感器的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，在溝槽結(jié)構(gòu)100中形成的光學(xué)濾色鏡OCF具有較小的厚度。因此，能夠縮短從微透鏡ML到像素陣列部分10的主體層1A的距離，從而使得入射光的衰減最小化。
此外，熱處理有機(jī)材料，以為微透鏡ML賦予凸透鏡的形狀。然而，因?yàn)椴灰子谠黾舆@種熱處理的凸透鏡的焦距，所以微透鏡ML趨向于具有短焦距。在本實(shí)施例中，光學(xué)濾色鏡OCF的厚度減小，這使得像素陣列部分10被置于對(duì)應(yīng)于這種短焦距微透鏡ML的位置，從而提高了聚光效率。
如上所述，這些實(shí)施例可以提供具有較高集成度和較小尺寸的圖像傳感器中的芯片，同時(shí)使入射光到像素陣列的散射和衰減最小化。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像器件，包括襯底，其中形成具有多個(gè)像素的像素陣列部分和位于該像素陣列部分周圍的外圍電路部分；第一多層金屬化結(jié)構(gòu)，其形成在該外圍電路部分上方；以及第二多層金屬化結(jié)構(gòu)，其比第一多層金屬化結(jié)構(gòu)薄，且形成在該像素陣列部分上方。
2.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，其中在該像素陣列部分上方由位于該外圍電路部分上方的第一多層金屬化結(jié)構(gòu)和位于該像素陣列部分上方的第二多層金屬化結(jié)構(gòu)形成單溝槽結(jié)構(gòu)，該溝槽結(jié)構(gòu)在其至少一個(gè)拐角處具有突起，以及該器件還包括通過(guò)旋涂在該溝槽結(jié)構(gòu)底部形成的濾色鏡薄膜和位于每個(gè)像素上方的微透鏡。
3.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，其中在該像素陣列部分上方由位于該外圍電路部分上方的第一多層金屬化結(jié)構(gòu)和位于該像素陣列部分上方的第二多層金屬化結(jié)構(gòu)形成單溝槽結(jié)構(gòu)，該溝槽結(jié)構(gòu)延伸覆蓋包括該像素陣列部分的至少一部分的區(qū)域。
4.如權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像器件，其中該溝槽結(jié)構(gòu)區(qū)域的尺寸與該像素陣列部分除外圍暗像素之外的光接收像素中心區(qū)的尺寸等同。
5.如權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像器件，其中該溝槽結(jié)構(gòu)區(qū)域比該像素陣列部分除外圍暗像素之外的光接收像素中心區(qū)更寬。
6.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，其中在該像素陣列部分上方由位于該外圍電路部分上方的第一多層金屬化結(jié)構(gòu)和位于該像素陣列部分上方的第二多層金屬化結(jié)構(gòu)形成單溝槽結(jié)構(gòu)，光學(xué)濾色鏡薄膜形成在該溝槽結(jié)構(gòu)中，每個(gè)像素的微透鏡形成在該光學(xué)濾色鏡薄膜上方，并且該光學(xué)濾色鏡薄膜的厚度等于該溝槽結(jié)構(gòu)的深度。
7.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，其中在該像素陣列部分上方由位于該外圍電路部分上方的第一多層金屬化結(jié)構(gòu)和位于該像素陣列部分上方的第二多層金屬化結(jié)構(gòu)形成單溝槽結(jié)構(gòu)，光學(xué)濾色鏡薄膜形成在該溝槽結(jié)構(gòu)中，每個(gè)像素的微透鏡形成在該光學(xué)濾色鏡薄膜上方，并且該光學(xué)濾色鏡薄膜的厚度小于該溝槽結(jié)構(gòu)的深度。
8.一種固態(tài)成像器件，包括襯底，其中形成具有多個(gè)像素的像素陣列部分和位于該像素陣列部分周圍的外圍電路部分；第一多層金屬化結(jié)構(gòu)，其形成在該外圍電路部分上方，并具有多個(gè)連接層；以及第二多層金屬化結(jié)構(gòu)，其形成在該像素陣列部分上方，并具有比該第一多層金屬化結(jié)構(gòu)少的連接層。
9.一種固態(tài)成像器件，包括襯底，其中形成具有多個(gè)像素的像素陣列部分和位于該像素陣列部分周圍的外圍電路部分；第一多層金屬化結(jié)構(gòu)，其形成在該外圍電路部分上方，并具有多個(gè)連接層；以及第二多層金屬化結(jié)構(gòu)，其形成在該像素陣列部分上方，并具有比該第一多層金屬化結(jié)構(gòu)少的連接層，在對(duì)應(yīng)于該第一多層金屬化結(jié)構(gòu)的最頂層的一層上形成濾色鏡薄膜。
10.一種固態(tài)成像器件的制造方法，該固態(tài)成像器件具有襯底，在該襯底中形成具有多個(gè)像素的像素陣列部分和位于該像素陣列部分周圍的外圍電路部分，該方法包括如下步驟在該襯底的表面上形成多層金屬化結(jié)構(gòu)，該多層金屬化結(jié)構(gòu)在該外圍電路部分上方具有下多層金屬化層及其層間介電層、上多層金屬化層及其層間介電層，并且在該象素陣列部分上方具有下多層金屬化層及其層間介電層、以及該上多層金屬化層的層間介電層；去除在該像素陣列部分上方形成的上多層金屬化的層間介電層；以及在該像素陣列部分上方的下多層金屬化層上形成像素的光學(xué)濾色鏡。
全文摘要
本發(fā)明提供一種固態(tài)成像器件，其具有襯底，在該襯底中形成具有多個(gè)像素的像素陣列部分和外圍電路部分。該器件的特征在于第一多層金屬化結(jié)構(gòu)形成在該外圍電路部分上方，以及比第一多層金屬化結(jié)構(gòu)薄的第二多層金屬化結(jié)構(gòu)形成在該像素陣列部分上方。
文檔編號(hào)H04N5/335GK1838419SQ20051012003
公開日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2005年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月25日
發(fā)明者小林博, 山本克義, 井上忠夫, 水口壽孝 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社